一种在线印刷产品的计算机图像处理与分析系统

一种在线印刷产品的计算机图像处理与分析系统

在市场竞争日益激烈的今天，产品包装印刷对于提高产品竞争力非常重要。现代人对商品的精美要求愈来愈高。印刷商们要不断地满足客户们的新要求:要求越来越多色彩的高难度和高品质的印刷品,但却要求降低印刷价格及交货时间。因此对印刷生产线的自动化程度及对版装置的精度也提出了更高的要求。目前市场上的具有高速套色功能的凹版印刷机控制系统多为采用光电传感技术(如单色光源或LED发光管等)检测印刷光标的纵向套准控制系统,这种控制系统横向偏差不能测量和控制,而且在检测过程中存在信号盲区现象,印刷的质量不仅与纵向套准偏差有关,其他一些因素(如:横向偏差、油墨质量、墨屑、印刷与模切间的套准等)也起着重要作用。目前凹版印刷机印刷速度越来越高,每分钟达到几十米至几百米,检测人员无法用肉眼在线观测印刷品的成品质量。本文提出一种基于计算机图像检测的凹版印刷机位置控制及产品检测系统,该系统通过摄像机摄取生产线上印刷品的图像,并把图像显示在显示器上,图像刷新速度可调,以便于检测人员对印刷产品进行抽检。通过对摄取的图像的处理和分析,可精确检测纵向和横向套色偏差。并采用全数字化交一直一交变频伺服驱动器进行位置校正,同时,通过定量分析图像的相关参数来检测其他一些重要因素如各色油墨的质量、墨屑等。该系统应用机器视觉代替人的视觉,并可对影响印刷质量的各种因素包括横向、纵向套色偏差定量分析和自动控制,系统还具有现场图像监察、自动颜色对比监察等功能。从而提高了整个生产线的自动化程度。1计算机图像处理、交流伺服调节部分本系统主要由计算机图像处理及数字交流伺服调节两部分组成,其构成原理框图如图1所示:计算机图像处理部分由高清晰彩色摄像机、图像捕捉卡、数码录像机、管理软件包及计算机构成。交流伺服调节部分由伺服变频驱动单元和交流伺服电机组成。由图像处理部分得出套印误差以及其它检测参数,由交流伺服调节部分来修正套印误差。2录像视频图像的采集该系统的图像处理包括图像预处理,特征抽取等几个步骤,其框图见图2由设置在生产线上的摄像机连续摄取印制品的视频图像,摄像的速度在30帧/s以下且可调。摄像机采集到的图像,首先进行量化,将模拟信号转化成数字信号。从中抽取一张有效代表镜头内容的关键帧,并将其显示在显示器上。对于一帧图像,我们采用对静止图像的分析方法来处理,通过尺寸测量和多光谱分析可识别出视频图像上各色标,得出色标间距和色标的颜色参数以及一些其他相关参数。2.1图像滤波和中值滤波器由于各种因素影响,会出现各种各样的噪声,如高斯噪声、椒盐噪声及随机噪声等。噪声给图像处理带来很多困难,它对图像分割,特征提取,图像识别,具有直接的影响。因此实时采集的图像需进行滤波处理。图像滤波要求能去除图像以外的噪声,同时又要保持图像的细节。当噪声为高斯噪声时,最常使用的是线性滤波器,易于分析和实现。但线性滤波器对椒盐噪声的滤波效果很差。传统的中值滤波器能减少图像中的椒盐噪声,但效果不算理想,即充分分散的噪声被去掉,而彼此靠近的噪声会被保留下来,所以当椒盐噪声比较严重时,它的滤波效果明显变坏。本系统改进型中值滤波法。该方法首先求得噪声图像窗口中去除最大和最小灰度值像素后的中值,然后计算该中值与对应的像素灰度值的差,再与阈值相比较以确定是否用求得的值代替该像素的灰度值。2.2微分算子类边缘检测算子图像分割在该阶段中检测出各色标并与背景分离,物体的边缘是由灰度不连续性所反映的。边缘种类可分为两种,其一是阶跃性边缘,它两边的像素的灰度值有显著不同;其二是屋顶状边缘,它位于灰度值从增加到减小的变化转折点。对于阶跃性边缘,其二阶方向导数在边缘处呈零交叉,因而可用微分算子来做边缘检测算子。微分算子类边缘检测法类似于高空间域的高通滤波,有增加高频分量的作用,这类算子对噪声相当敏感。对于阶跃性边缘,通常可用的算子有梯度算子Sobel算子和Kirsh算子。对于屋顶状边缘可用拉普拉斯变换和Marr算子。由于色标为长方形,且相邻边缘灰度级相差较大,故采用边缘检测来分割图像.这里采用Sobert边缘子来进行边缘检测,它是利用局部差分算子来寻找边缘,能较好的将色标分离出来。在实际的检测过程中,采用彩色图像边缘检测方法,选择合适的彩色基(如强度、色度、饱和度等)来进行检测。根据印刷机的类型特点,即印刷机各色的颜色和版图的特点,进行多阈值处理,得到各色的二值图。2.3染色后的染色h和饱和度s将分割后的图像进行测量,通过测量值来识别物体,由于色标为形状规则的矩形,所以可对下述特征进行提取:(1)由像素计算矩形面积,(2)矩形度,(3)色度(H)和饱和度(S),然后根据各色标的间隔的像素点数量得到色标间的间距,与设定值比较,得到两者的差值,共进行m次测量,取平均差值,给数字交流伺服调节部分提供相应的调节信号。以调节色辊的相对位置,从而消除或减少印刷错位。在特征提取时,对图像进行多光谱图像分析,可以定量地表示色标,如彩色数图像中像素的颜色,采用HIS格式得到各色标颜色信息的两个参数:色度和饱和度,以此来检测油墨的质量。对各色二值图再进行统计计算或与标准图形进行样板匹配,测量印刷过程中墨屑等参数。3生产印刷过程套印出现误差有很多原因,如导辊和压辊的平行度差、转动不灵活及动平衡不良、张力的波动,印料厚薄不均,印料热变形及印版辊的直径误差等,这种套印偏差在性质上是连续变化的,而误差量也不一定,所以必须不断地监视套印误差,并及时加以改正。图3为凹版印刷机生产线印刷过程简图。MS为印版辊;ML为套色误差修正辊;MR为压印胶辊。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以供套色用的色标,该色标线水平长10mm,宽1mm,每个相邻颜色的标志线在套印精确时应相互平行,垂直(纵向)相距20mm,由设置在生产线上的摄影机连续摄取印制品的视频图像,通过尺寸测量和多光谱分析可识别出视频图像上各色标,得出色标间距和色标的颜色参数。如果相邻两色色标间隔大于或小于20mm,则说明套印出现了偏差。将该偏差信号送给伺服变频驱动单元,驱动交流伺服电机,使相应的套色修正辊ML上下移动来延长或缩短印料自上一单元印刷版辊到该单元印刷版辊的行程来动态修正。4位置控制4.1印刷生产线数字控制采用Panasonic公司的Msd043AIXXV型号伺服驱动器进行误差修正。该驱动器是全数字化交-直-交变频器,它具有控制精度高,响应速度快,抗干扰性强,将它应用于印刷生产线上形成闭环位置控制器,取得了预期效果。控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制,对整流的电压控制以及完成各种保护功能等。全数字式的变频器控制电路硬件简单,主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性,数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。交流伺服电动机广泛应用于自动控制系统中,其任务是通过加在控制绕组上的电信号,使电机转轴获得一定的转速或偏角,从而实现位置控制。4.2印刷输出控制策略由图像检测部分得到各个色标间的实际距离,由软件进行比较、分析、运算、逻辑判断后对执行机构输出控制量,调节色辊的相对位置,消除印刷错位。5计算机