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本文作者：周淑寶楊永才作者單位：上海理工大學光電信息與計算機工程學院

近年來，隨著數字成像技術和計算機軟硬件技術的飛速發展，利用數字照相結合計算機處理形成的視覺檢測技術已經被廣泛用于工業監視、成品檢驗與質量控制等領域，并取得了一定的成功。視覺檢測系統可以提高生產的柔性和自動化程度，可以代替人工視覺，提高生產效率和自動化程度，是實現工業自動化的基礎技術。在印刷質量檢測中，視覺檢測系統可以隨機對印刷品色彩進行控制，也方便對印刷圖像的瑕疵區域、墨皮蹭臟或套印誤差等進行精確檢測。但是，視覺檢測系統在檢測印刷品質量時，要求印刷系統要有良好的穩定性，才能得到滿意的檢測效果。本文應用機器視覺原理，建立印刷質量視覺檢測系統，通過CCD攝像機獲取圖像并轉化為數字信號，再采用計算機對信號進行處理、分析，最終實現實際的檢測、測量和控制。這樣不僅能減輕工人的勞動強度，而且能減少次品率和提高印刷生產效率。

一、印刷質量視覺檢測系統設計

1.系統理論設計及模型

視覺檢測系統采用CCD攝像機獲取圖像并轉化為數字信號，再采用計算機對信號進行處理、分析，最終實現實際的檢測、測量和控制。本系統主要由三大部分組成：圖像采集系統、圖像處理系統、顯示與控制系統。視覺檢測系統的運行流程如圖1所示。視覺檢測系統硬件主要由光源和光學系統、CCD攝像機、圖像采集卡、圖像處理軟件、計算機及其外設、控制執行模塊等組成，如圖2所示。

2.圖像采集系統

圖像采集系統負責將印刷品圖像與色彩信息轉換為能被計算機處理的一系列數字信號。由于視覺檢測系統強調速度和精度，因此圖像采集系統需要及時、準確地提供清晰的數字圖像信號。圖像采集系統由光源、鏡頭、CCD攝像機、圖像采集卡組成。

3.圖像處理系統

圖像處理系統是對圖像采集系統采集到的數字圖像信號，根據像素分布、亮度和顏色等信息，進行各種運算，抽取目標特征，然后再根據預設的判別準則輸出判斷結果。在印刷品質量檢測系統中，標準圖像和待測圖像都是經過圖像采集系統在不同時間獲得的。圖像處理系統通過對待測圖像進行處理，使之與標準圖像進行匹配定位，然后再對待測圖像進行檢測，找出有質量問題的圖像，并給出該圖像所對應的印刷品質量問題。在圖像處理系統中，運用的主要是現代數字圖像處理技術，各種算法的應用使得圖像檢測成為可能。圖像處理和分析可定義為應用一系列方法獲取、校正、增強、變換或壓縮可視圖像的技術。在印刷品質量檢測中主要用到的圖像處理方法有灰度量化、圖像的二值化、圖像的平滑與銳化、圖像邊界檢測等關鍵圖像處理技術。

4.顯示與控制系統

圖像處理系統的處理結果通過顯示與控制系統輸出。顯示系統輸出的并非是圖像視頻信號，而是經過運算處理后的檢測結果。輸出設備一般與過程相連，包括監視界面、過程控制器和報警裝置等。

二、印刷質量視覺檢測系統的應用

印刷質量視覺檢測系統在印刷包裝行業中可以應用在印前、印刷和印后各環節，但目前多數的應用集中在印后質量檢查。印刷質量視覺檢測系統目前主要可以應用在票據印刷、煙包印刷及標簽印刷等領域，也可以推廣到包裝印刷、商業印刷以及印后復卷終檢等。

1.票據印刷

票據成為人們生活中不可缺少的一部分，其印刷質量要求越來越高，不僅要求畫面質量精準無誤，而且在標簽、票據中含有的數字、中英文字符、條形碼、圖案等可變信息也是極其重要的，因此在印刷過程中必須實時監控。通過計算機離線模擬試驗，印刷質量視覺檢測系統完全能夠滿足票據印刷質量檢測的要求，如果在印刷生產線的不同位置安裝圖像采集設備，也可以實現票據印刷質量的在線檢測。因此，在票據印刷領域應用印刷質量視覺檢測系統，可以方便有效地對票據產品進行質量檢測，提高質量檢測的效率和準確性，從而進一步提高票據印制企業的市場競爭優勢。

2.煙包印刷

在煙包印刷領域，目前大多數企業還只能采用離線的人工檢驗方式，檢驗的時效差、質量低，而且不能克服印后加工（上光、模切、燙金等）對煙包產品的質量所造成的影響。因此，在煙包印刷中引進自動質量檢測系統，提高質量檢測的效率和準確性，對企業印刷質量的穩定和提高將會有很大的幫助。印刷質量視覺檢測系統應用于煙包印刷領域，可以采用在線質量檢測和離線質量檢測兩種方式。不管是在線檢測還是離線檢測，檢測系統的應用原理基本相同，都需要利用圖像采集系統來獲取印刷好的圖像，通過圖像處理系統對獲取到的圖像和已經存儲的標準模板圖像進行對比，及時發現印刷的質量問題，從而通過顯示與控制系統來顯示錯誤，分析缺陷類型，并控制缺陷印品的剔除。此外，在煙包印刷領域，印刷質量視覺檢測系統還可以應用于煙標的自動檢測，生產線上剔除包裝不合格煙條的檢測，煙包上印刷條碼質量檢測，檢驗煙包外包裝膜是否破損以及煙包包裝外觀質量檢測等。

3.標簽印刷

在標簽印刷領域，目前印刷質量視覺檢測系統已經得到廣泛應用。特別是以大恒圖像為代表的國產醫藥標簽檢測設備已經完全能滿足醫藥標簽印刷企業對缺陷檢測的需求。在標簽印刷領域，除了傳統印刷質量檢測外，越來越多的標簽采用了可變信息印刷。可變信息印刷檢驗的關鍵是對可變信息的檢驗。如果兩個以上標簽具有相同的編碼或某一編碼漏印就屬于印刷質量缺陷。這種缺陷在高速印刷過程中靠人工檢驗是不可能實現的，因此，必須應用印刷質量視覺檢測系統來控制印刷質量。

三、印刷質量視覺檢測系統

對檢測環境的要求在利用印刷質量視覺檢測系統檢測印刷品質量時，必須詳細了解檢測系統所采用的圖像采集技術及處理技術，以及檢測環境。印刷系統要有良好的穩定性，才能得到滿意的檢測效果。

1.要求印刷墨色穩定

印刷墨色的穩定性是印刷質量檢測順利開展的首要條件。檢測系統對于所提供的檢測產品有一定的要求，否則很難達到高效率生產，這就給印刷車間提出了新的要求，即應該將產品質量的要求從合格品向精品提升，而構成精品的一個重要條件是墨色的穩定性。墨色穩定即要求墨色必須在一定的公差范圍之內。墨色的穩定在檢測系統中主要體現在灰度變化的波動上。灰度波動較小的產品說明其墨色正常。衡量某一機臺產品墨色的好與壞是通過較長時間的檢測效率來判斷的。在實際生產過程中，通常會出現膠印墨色時深時淺，而且同一車產品的變化也較大，給檢測工作帶來很大的難度。如果提供的印刷品墨色存在問題，檢測系統是不能將這些嚴格說來算不合格的產品也檢測為合格品的，否則將會造成相當多的漏廢，這對于質量工作的開展也是不利的。因此，從源頭上解決問題是根本。

2.對檢測光源的要求

在視覺檢測系統中，光源的照射方式主要有直射和散射兩種，即透射面光源和反射面光源。直射光方向性強，光能量相對集中，有較強的明暗對比，對光源的要求相對較低，但照射的均勻性較差。散射光光線比較柔和，照射的均勻性比較好，沒有強烈的明暗對比，但其亮度也相對較低，需要較長的曝光時間。當曝光時間較長時，光源的亮度相應增加（在允許的曝光時間范圍內），這樣可以清晰明亮地拍攝到實際的圖像。而透射面光源曝光時間較短的原因之一，是較短的曝光時間已經能夠達到檢測的需要；其二，如果曝光時間較長的話，將紙張照得過于明亮對于紙邊檢測是相當不利的，很容易造成紙邊圖像信息的損失，從而導致檢測系統誤認為紙張出現邊界錯誤而報錯，使生產不能順利進行。

3.印刷串色問題

串色是印刷過程中常見的問題，在一定程度上給圖像檢測帶來了困難，因為有些區域雖然顏色不同，但其灰度極為相近，以至于檢測系統無法正確地識別。通過對串色問題的分析，可以將串色分為兩大類。

一類為允許輕度串色的情況，一般發生在顏色的邊緣區域，但是這種出入又在允許范圍之內，也就是說，兩種顏色在其交界處可以互相串入一定的范圍。此時至少有兩種解決方案：一是在不更改光譜優化設置的情況下，通過對交界處設置特定的宏區，將該處的閾限范圍適當地放寬。此方案僅適合于較小的串色區域。二是對交界處單獨設置光譜優化值。一般情況下，采用的是兩種顏色的均衡比重，比如串色的是紅色和藍色，該處的光譜優化值可設置為127、0、128。當然所印刷的圖像中紅色和藍色不可能是比較純的顏色，因此光譜優化設置必然會有一些變化。

另一類則為不允許串色的情況，即在某一顏色的中心區域決不允許有另一不同顏色的存在。如在人物圖像的臉上經常會出現藍色或黑色的墨點，而人物圖像在整個印刷版面中的重要性是比較靠前的，與其他如底紋區域的小墨點不一樣，需要根據實際生產情況來確定合適的光譜優化值，因此有必要向印刷車間和檢封車間了解有關重要區域串色的基本情況，做到對模型有針對性的調整。

印刷質量視覺檢測系統的應用，極大地提高了自動化檢測水平，具有廣泛的應用前景。