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大恒图像印刷质量检测系统的原理和技术要点

中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司

2009/4/17 10:54:48

产品简介：

大恒图像印刷质量检测产品在国内被广泛采用，现结合大恒图像印刷质量检测产品谈谈检测原理和技术要点。通常的视觉检测系统，由照明光源、光学镜头、摄像机、图像信号的处理和执行机构组成。

产品分类：

机器视觉图像处理单元视觉系统

品牌：

大恒

产品介绍

　　机器视觉就是用摄像机代替人眼，用计算机代替人的大脑。机器视觉用于印刷、包装质量检测的工作原理也很简单，用摄像机拍摄（采集）印品的图像，在计算机中与该印品标准图像（模板）比较，如果发现差异并超出设定的公差范围，即判定为不合格产品。当然，实际的机器视觉系统要复杂的多。

　　大恒图像(www.daheng-image.com/print)印刷质量检测产品在国内被广泛采用，现结合大恒图像印刷质量检测产品谈谈检测原理和技术要点。

　　通常的视觉检测系统，由照明光源、光学镜头、摄像机、图像信号的处理和执行机构组成。

　　好的照明光源及照明系统是整个系统成败的关键之一，起着非常重要的作用，它并不是简单的照亮物体而已。首先照明光源要能够真实地再现印品的色彩，不能够造成颜色的失真，这就要求光源的发光光谱接近日光，同时应保证有足够的亮度并在整个照明区域内亮度均匀；其次是光源和照明系统的设计要避免印品上的一些高反射率的特殊区域，如: 烫金、激光防伪标志等使采集的图像溢出，造成检测精度降低或根本无法检测；最后，在某些应用场合，还要考虑光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量，增加对比度。总之，在选择光源和设计照明系统时，要根据印品的具体情况，确定光源所需的几何形状、照明亮度、均匀度、发光的光谱特性等，当然同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。

　　光学镜头相当于人眼的晶状体。光学镜头的品质会影响视觉系统分辨物体的能力，影响图像的对比度以及清晰成像的范围（景深）。而这些特性的优劣受镜头本身像差的限制，镜头对像差校正的优良与否，决定了镜头的成像品质。常见的像差有球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差等六种。

　　镜头通过的是被拍摄物体的光学信息，而在计算机中处理的是被拍摄物体的电信息，摄像机的作用就是完成光学信息到电信息的转换。在摄像机中，关键的器件是称为视觉传感器的芯片。在芯片上整齐的排列着象小水池一样的单元（像素），但它们盛的不是水，而是电荷。携带被拍摄物体光学信息的光线通过镜头到达芯片的表面，光信息变成电荷信号（曝光），光强的地方电荷多，光弱的地方电荷少，对应着印品上不同区域的明暗程度；不同的颜色分解为红、绿、兰三种基色，存放在不同的像素中。曝光产生的电荷，按规定好的顺序（扫描方式）依次将电荷读出，经过放大和其它处理，最后从摄像机输出。这就是摄像机的工作原理。

　　高质量的图像信息是系统正确判断和决策的原始依据。从摄像机的应用原理，我们能够简单地概括出对其性能的要求。第一，要有足够的动态范围，印品上很亮和很暗的部分都能够准确地反映；第二，要有足够的分辨率（足够多的像素数），印品上的微小细节都能够清晰地体现；第三，要能够真实地再现印品的色彩；第四，摄像机的读出（行频或帧率）的速度要与印品的速度匹配，保证足够的精度和100％的采集。当然，摄像机还有其它的性能指标，这里不再一一列举。

　　印品检测使用的摄像机根据实际情况的不同分为二大类，线阵摄像机和面阵摄像机。线阵摄像机一次只能获得图像的一行信息，被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前通过，才能获得完整的图像，因此非常适合对以一定速度匀速运动的物体（印品）的图像检测。而面阵摄像机则可以一次获得整幅图像的信息，象我们日常使用的数码相机。

　　图像信号的处理是机器视觉系统的核心，它相当于人的大脑。如何对图像进行处理和运算，是机器视觉系统开发中的重点和难点所在。“与模板相比，找出差异”，机器视觉的工作原理说起来比较简单，但真正实现上却很复杂。整个图像信号的处理通常包括：（1）预处理，（2）特征的提取与识别，（3）测量。高速运动的印品通过摄像机时，与模板图像相比，往往会产生位置的移动、旋转，有时甚至有飘动，使采集的图像发生变形失真；光源的不稳定和外界环境的影响，使采集的图像亮度不均匀，颜色发生变化；其它外部设备、供电电源和采集设备本身也会引入一定的干扰和噪声。为此，在安装视觉系统的过程中，一方面要消除这些不利的因素，另一方面还要通过图像预处理排除和淡化它们的影响。

　　综上所述，机器视觉是光、机、电、计算机相结合的技术，极适用于大批量生产过程中的重复性的测量、检查和辨识。

机器视觉在印包行业的应用

在线检测和离线检测

　　视觉检测系统按照其安装的载体可分为在线检测系统和离线检测系统。

　　在线检测系统安装在胶印机、凹印机、柔印机、印码机等印刷设备上，实时检测印刷质量。印品可以是单张纸，也可以是卷筒纸。在线检测系统与离线检测系统的视觉检测部分在功能上基本相同，最主要的区别在于缺陷品的处理方法上。当发现缺陷时，在线检测系统通常记录下缺陷的位置（长度：卷筒纸，张数：单张纸），或使用喷码机、贴标机、打标机在纸边做出标记，号码检测记录出错号码或相邻张的号码。

　　离线检测系统通常装在检品机或复卷机上。除可实现在线检测系统的位置记录与标记功能外，检品机通常具有分仓功能，根据检测结果将好、坏品自动分配到不同的仓中。

质量分析、跟踪和管理

　　采用检测设备进行质量检测可提供检测全过程的实时报警和详尽、完善的分析报告。现场操作者可以根据全自动检测设备的实时报警及分析报告，对工作中的问题进行调整。管理者可以依据检测结果的分析报告，对生产过程进行跟踪，更有利于生产技术的管理。因为客户所要求的，高质量的检测设备，不仅仅是停留在检出印刷品的好与坏，还要求具备事后的分析能力。某些质量检测设备所能做的不仅可以提升成品的合格率，还能协助生产商改进工艺流程，建立质量管理体系，达到一个长期稳定的质量标准。

机器视觉能够给我们带来什么

　　显然，尽管中国已然是一个印刷大国，然而中国还不是印刷强国。我们要走向世界，除了采用先进的印刷设备和检测设备外，还要提高管理水平。管理就是生产力，向管理要效益，向管理要成本，当然，这一切要在保证在相同质量和服务的前提下。安装自动化的视觉检测系统，前期需要一定的投入，然而，检测系统的在质量检测的优势，会给企业在质量和人工成本上带来长期的效益。

　　视觉质量检测在印刷包装行业中的应用可以在印前、印刷过程中和印后，但目前多数应用集中在印后质量检查。中国有几万家印刷企业，真正使用检测系统的很少，除印钞、票证等特殊行业外，主要是在包装行业。包装行业对印刷要求较高，对质量和色彩的要求比较特殊。包装印刷厂必须具备独特的产能优势、技术优势和质量优势，才能满足客户对于印量、周期和质量的要求。专门针对烟草行业提供印刷服务的烟印企业的出现，即是一例。

　　推广机器视觉检测，首先要使印刷包装企业更多的了解机器视觉。装在哪里、怎么安装、如何达到最好效果、能带来什么具体效益，这一切都需要不断地普及和宣传。印刷包装行业的从业者要提出自己的具体需求，学习和掌握机器视觉检测的概念和操作；机器视觉行业的从业者要了解印刷的工艺，生产流程，操作方式和质量标准，只有两者的紧密结合，才能有真正符合中国国情的自动化视觉检测系统，才能达到提高质量、提高效率、降低成本的目的。