一种基于图像套印参数的检测方法

一种基于图像套印参数的检测方法

现有高速自动涂层技术的多色盘式扫描仪通常采用光学传感器技术来检测打印标记的垂直套筒偏差。由于衬底速度的精度，其精度无法测量。主要采用直接观察法、密度测量法或色度测量法。这些离子检测不能直接检测打印图像，只能检测特定设计的控制条。本文提出一种新的基于图像的套印质量检测方法.实验表明:该方法能保证印刷图像整个画面阶调和色调的正确复制.1设备控制模块图像检测系统由硬件和软件两部分构成.系统的硬件主要由计算机、摄像机、图像采集卡、光照箱等组成.系统软件主要包括人机交互模块、图像处理模块、设备控制模块.人机交互模块主要完成命令参数输入、建立标准图像数据库和显示输出等.设备控制模块主要完成图像采集控制、参数输出等功能.图像处理模块是整个软件的核心,它分为图像处理、图像分割和参数计算等几大部分.印刷机由开卷机放卷运行,依次经过各印刷单元,进行各色的印刷和烘干,由收卷机进行收卷.每色印刷都会在印料的边沿印上供套色用的长10mm,宽1mm色标,每个相邻颜色的色标在套印精确时相互平行,垂直(纵向)相距20mm.系统工作时,由设置在生产线上的摄影机连续摄取印制品的视频图像,通过图像处理,识别出视频图像上各色标,与数据库标准图像比较后得出色标横向和纵向偏差、色标的颜色偏差,并将上述参数传递给控制系统,由色度与密度、网点参数与供墨系统的数学模型,得到供墨量调节参数,实现整个印刷过程的套印精度和供墨量的闭环控制.2色标信息的收集、整理和提取系统的图像检测框图见图1.系统进行图像处理时,首先视觉信息预处理部分完成视觉系统对色标信息的收集、整理、归纳和学习,为实时分割提供对象的颜色和尺寸特征信息、场地的坐标变换,并以结构体的形式储存.调入采集的图像,进行预处理和特征提取后,根据标准图像数据库进行图像分割和参数计算,得到色标套印偏差和色差.2.1印刷套印检测印刷的品质在于图像整个画面阶调和色调的正确复制.为忠实地再现原稿,本文采用HSV颜色空间模型,建立在HSV空间中的标准图像色标颜色和几何参数信息库,该信息库记录各色标的H,S,V值,阈值范围和各色标间距等参数.为图像分割和在线检测套色偏差和色标色差提供依据.具体步骤如下:1)先对原图进行离线分析,得到印刷套印精度参数、各原色油墨颜色特征和各墨段原色油墨的网点面积率.2)试印后,根据离线实测的色标间距,完成图像标定,包括坐标变换和刻度.2.2hsv空间模型的建立R,G,B颜色空间与人眼的感知差异很大,因此,本文在处理颜色特征时采用HSV颜色模型(如图2所示).采用如下计算将RGB空间变换到HSV空间.V=max(R,G,B),(1)Delta=V-min(R,G,B),(2)S={0ifV=0‚V-min(R‚G‚B)Y‚else.(3)S={0V−min(R‚G‚B)Y‚ifV=0‚else.(3)令r=V-RDelta‚g=V-GDelta‚b=V-BDelta‚(4)6Η={UndefinedifS=0‚V=0‚1-gifV=R‚min(R‚G‚B)=B‚5+bifV=R‚min(R‚G‚B)=G‚3-bifV=G‚min(R‚G‚B)=R‚1+rifV=G‚min(R‚G‚B)=B‚5-rifV=B‚min(R‚G‚B)=G‚3+gifV=B‚min(R‚G‚B)=R.(5)r=V−RDelta‚g=V−GDelta‚b=V−BDelta‚(4)6H=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪Undefined1−g5+b3−b1+r5−r3+gifififififififS=0‚V=0‚V=R‚min(R‚G‚B)=B‚V=R‚min(R‚G‚B)=G‚V=G‚min(R‚G‚B)=R‚V=G‚min(R‚G‚B)=B‚V=B‚min(R‚G‚B)=G‚V=B‚min(R‚G‚B)=R.(5)变换后的HSV空间是一个圆锥体.圆锥底面半径与0°线之间的夹角代表色调(H),圆锥底面半径大小代表饱和度(S),圆锥的高度代表亮度(V).与V轴垂直的HS平面结构如图3.本文采用蜂窝分裂法来量化图像,该方法将HSV颜色模型分成不同的区域,这些区域的中心认为是典型颜色.首先将HS平面六边形按蜂窝分裂的原则分成许多小蜂窝,每个蜂窝的中心用一(H,S)的极坐标表示.图4的7个蜂窝的中心分别是(0,0),(49.1,0.655),(109.1,0.655),(169.1,0.655),(229.1,0.655),(289.1,0.655),(349.1,0.655).V分量按(0,0.45),(0.45,0.75),(0.75,1)范围划分为3等.这样7个(H,S)和3个V值构成最初包含21个颜色的集,其中心坐标为初始聚类中心.然后,进行区域分裂.由于HSV颜色空间几乎是均匀的,因此,两个HSV颜色的相似性可以近似表达为它们在HSV空间的相似性.利用公式(6)计算原图i中每个像素与21个初始聚类中心j的欧氏距离,并将该像素归类于与其欧氏距离最小的类.d=√(vi-vj)2+(sjcoshi-sjcoshj)2+(sisinhi-sjsinhj)2.(6)d=(vi−vj)2+(sjcoshi−sjcoshj)2+(sisinhi−sjsinhj)2−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√.(6)计算每一类的方差,有最大方差的类按蜂窝分裂的原则分成7个区(包括自己),即7类,当最大分裂级数达到4或颜色数量达到192时,停止分裂.完成分裂后,合并相似颜色,通过测量颜色相似度来决定合并结束.先合并颜色间的距离小于k的颜色,如PSR的值大于30,图像量化完成;否则,继续合并距离最近的颜色,直到颜色的种类达到N种.当颜色量化的数量和中心确定后,确定标准图像每个色标的颜色中心和距离.将采集图像的每个像素归类到与之距离最小的量化颜色后,根据标准图像每个色标的颜色中心和距离,进行图像分割,提取色标.2.3印刷过程控制图像经过量化和分割后,不仅能准确识别每个色标,而且色标边缘定位准确.在初始阶段,离线实测得到色标间距完成图像标定,包括坐标变换和刻度,X轴代表印刷品的纵向,Y轴代表其横向.若色标对应的像素坐标位置为(xi,yi)(i=0,1,2,…,n-1;j=0,1,2,…,m-1),各色标块的质心位置坐标计算如下:ˉx=1nmn-1Σi=0m-1Σj=0xi‚ˉy=1nmn-1Σi=0m-1Σj=0yi.(7)x¯=1nmΣi=0n−1Σj=0m−1xi‚y¯=1nmΣi=0n−1Σj=0m−1yi.(7)由两色标块质心位置坐标分别可得到它们X方向和Y方向的距离,乘上坐标刻度,得到色标间距.X方向距离减去20mm后为纵向套印偏差,Y方向距离为横向套印偏差.套印偏差反馈给自动套色控制系统,实现自动调节.通过计算色标像素与数据库标准色标颜色的平均欧氏距离,得到该色印刷图像与标准图像的色差.建立色度与密度的转换关系,并将转换关系以LUT形式储存起来,满足实时性要求,将色度值转换为对应的密度值.由网点参数(原色油墨的网点面积率及相关参数)与供墨系统的数学模型,计算出被检测处的实际墨量,反馈给印刷控制平台进行供墨修正,以实现墨量的闭环控制,从而实现整个印刷过程的闭环控制.3印刷深刻反应检测对5组扫描仪输入图像采用上述图像测量方法静态测得印刷套印偏差数据和实测数据如表1和表2所示.表1为纵向偏差测量值,表2为横向偏差测量值,以第一色标的质心为坐标原点,Δx值为与前一色标的纵向套印偏差值,Δy值为与第一色标横向偏差值.从对比测量结果来看,图像测量方法与实际值平均测量误差小于0.05mm,达到印刷套印偏差精度要求.在实际应用中,图像输入如采用扫描仪或数码照相机,分辨率高,有利于提高检测精度,但速度比较慢,不适应高速印刷.采用摄像