图像识别技术在网版印刷机上的应用

近些年来，我国的网版印刷机的发展速度较快，网版印刷机制造厂家已达200多家，年工业总产值为3亿多元左右，拥有平网平台式、圆网平台式和滚筒（轮转）式三大门类40多个品种，但仍然存在着企业规模小、水平参差不齐、产品技术含量低、产品质量不够精细等诸多问题。根据我国印刷机械制造业的发展政策要求，应该在现有资源的条件下，本着紧跟世界科技发展潮流，抓紧解决重点核心技术课题，促进印刷机械科技的发展。为此，研究制造高水平、高精度的网版印刷机是未来发展的方向。随着现代工业技术的迅速发展，当今诸多科学领域的研究对象正在不断由宏观转向微观，一些新型产品也开始由宏观型转向微观型。无论是生物工程（细胞操作）、微电子集成电路、光电子器件等都向着超精密加工方向发展。对网版印刷机的精密定位技术的要求也越来越高。当前，国际上发展潮流是采用图像识别系统用于高精度的专用网版印刷机已经很普遍，我国在这方面的研究起步较晚，许多国产网版印刷机还仍然采用传统的机械定位方式，这种机械定位的网版印刷机是无法满足高精度、小尺寸印件的生产需求。但国内生产企业已经开始对此有所认识并追逐先进潮流向前发展，据报道，国内深训市网印巨星机电设备有限公司，跟踪国际上最新电子印刷技术水平，率先开发生产了WJ-LCD4040系列平面网版印刷机（专供液晶显示器玻璃印刷）。该机适应无尘工作环境下对高精密LCD、EL、线路板锡膏、软性线路等高精密平面的网版印刷，并经过专业的LCD等工厂两年使用，性能稳定，可以代替进口同类机型。该机定位精度为±0.02mm，印刷套色采用了先进的CCD显示技术，套印对位精度达±0.02mm。该机的研制成功为我国网版印刷机采用先进的图像识别系统，迎合国际先进潮流，发展国产专用网版印刷机具有十分重要的现实意义。本文仅就图像识别系统有关知识介绍如下。 一、CCD图像传感器 CCD（ChargedCoupledDevice）于1969年在贝尔试验室研制成功，之后由日本开始批量生产，经过30多年的发展历程，从初期的10多万像素已经发展至今天主流应用的500万像素。CCD类型又可分为线阵（Linear）与面阵（Area）两种，其中线阵应用于影像扫描器及传真机上，面阵型多应用于数码相机、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。目前CCD像元数已从100万像元提高到2000万像元以上，大面阵、小像元（感光小单元简称）的CCD摄像机层出不穷。随着超大规模微加工技术的发展，CCD传感器的分辨率将越来越高。CCD是固态图像传感器的一类，即电荷耦合式图像传感器，固态图像传感器是指将布设在半导体衬底上许多能实现光-电信号转换的小单元，用所控制的时钟脉冲实现读取的一类功能器件。图像传感器作为一种基础器件，因能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，并能给出直观、真实、层次多、内容丰富的可视图像信息在现代社会中得到了越来越广泛地应用。 二、图像识别系统定位的工作原理 在现实生活中，人们可以很容易的“看到”一幅画面，但这一个十分“简单”过程并非如此简单。深入研究大致分为：成像在视网膜上；其次是大脑对图像进行认识、理解和分析；最后根据上述一系列处理的结果做出反应。由于图像识别系统基本上是摸仿了人对事物的认识过程，图像识别系统定位是采用了CCD摄像机（如同人的眼睛）通过透镜收集并聚焦来自目标的反射光线，借助必要的光学系统将此光投射于CCD光敏面上的光的空间分布信息转换为按时序输出的电信号—视频图像信号，可以在监视器上重现图像。 把相关数据传送给控制主机（计算机），控制主机通过对这些原始数据进行必要的运算后（相当人大脑对图像的认识、理解、分析），驱动执行机构发出指令使机械运行部分运动，从而实现高精度的自动定位。现以用光学定位全自动液晶显示器玻璃网印机为例说明如下：全自动网印机上的所谓光学定位系统如上所述，它能做到迅速准确地进行自动定位，其对位原理就是依靠一束光线通过光路系统照射在承印玻璃定位标记和网印版的网印对位标记上，再经过丝网上反射镜把光路反射到CCD摄像机中，摄像机通过上述的光电转换过程，再将信号送入监视器中把摄到的图像放大显示出来。印刷机操作者可从显示屏幕上看到被放大的图像，网版和玻璃的对位偏差比较容易地被发现和及时加以修正。同时在印刷过程中监示器还能把每片印刷玻璃对位情况反映出来，因此由于丝网变形等所引起的错位或者因曝光时跑位等造成的偏差也都有了被捡查出的可能。 三、图像识别系统的基本组成 图像处理及识别系统一般由光源、镜头、摄像机、图像处理单元（单元留有接口与控制主机通信，最终达到控制运动执行机构进行精确定位）、监视器组成。它是集光、电、机于一身的产品，它的核心部件是光电耦合器件（CCD）。 四、图像的判读 通过图像判读可在序列图像中获取运动目标的一个或多个特征点相对于某一个非移动点在靶面上的相对位置。为满足精确判读的需要，采用像元数据细分技术，将图像局部放大显示，便于操作人员对目标点位的精确识别和定位，可有效地降低操作的对准误差，提高判读精度。判读基准（空间基准）即拍摄测量标记，测量标记应尽可能地设置在物体的运动平面内，可以在视场范围内立标记；对小目标也可以在目标上划线，也可以用任意线段来表示。对图像中的目标物图像进行识别和判读可采用两种方法。第一种就是手动判读，由工作人员来识别目标并判读其运动轨迹和姿态；第二种就是自动判读，由软件中的程序自动识别目标并判读目标运动轨迹和姿态。但自动判读过程中依然离不开人员来进行交流互动和控制。 图像识别技术是精密测试技术领域内最具有发展潜力的一项新技术，它综合运用了电子学、光学探测、图像处理和计算机等技术，将机器视觉引入到印刷机械制造工业中，实现对印刷物件位置尺寸的快速测量，它具有非接触性、速度快、柔性好等突出优点，将有力地提高国产网版印刷机的竞争力，在现代印刷机械制造中有着重要的应用前景。