自动印刷质量检测技术及 系统综述 印刷过程往往受到温度、适度、机器精度、 设备操作等各种因素干扰，印刷质量达不到既定要 求，这就需要对印刷全流程进行检测控制。印刷品 常会出现这样或那样的缺陷，常见的印刷品缺陷主 要有：漏印、飞墨、偏色、黑点、刮擦、套印不准 等。但由于操作人员受自身条件的，并不能完 成实时监控，因此，建立起有效的自动印刷质量检 测技术十分重要。 影响印刷质量的两个核心问题及 自动检测技术必要性、可行性 印刷中最常出现的印刷质量问题可以分为印刷 色彩问题和印刷缺陷问题两大类，印刷色彩问题主 要表现为偏色，印刷缺陷问题主要表现形状缺陷。 彩色印刷所使用的胶印机通常有单色胶印机、 双色胶印机和四色胶印机。产生偏色的原因主要有 三点：第一，双色胶印机印刷彩色封面的～般原 则，当使用双色胶印机印刷彩色封面时，同时印刷 的两个色是湿叠湿方式，而后印的两个色印刷方式 相对于前两个色而言是湿叠干的。第二，四色胶印 机印刷彩色封面的一般原则，当用四色印刷机印刷 彩色封面时，由于它是湿叠湿的印刷方式，这在印 刷工艺上增加了难度，要求四种颜色的油墨叠印后 的密度值要小，每一色的墨层厚度要薄，否则就会 出现背面挂脏或其他印刷事故。第三，油墨的黏度 与颜色的关系，油墨的黏度是指油墨内聚力的大小 或墨层断裂时所产生的阻力大小，在多色印刷中， 文／李果 我们要按照油墨黏度由大到小的印刷顺序进行印 刷。即前一色的油墨黏度大于后一色的油墨黏度， 这样才能保证油墨正常叠印。 根据对印刷品质量影响因素的分析，可知其 缺陷一般为形状缺陷。其主要关注形状特征，例如 线条形状缺陷。在多数可用的图像质量检测中，有 些是适合于评价图像质量的度量指标。这些检测 内容包括：点质量、线质量、文字质量、超范围的 喷涂和空间分辨率。常见的印刷品缺陷主要有：飞 墨、针孔、漏印、黑点、刮擦、套印不准等。这些 缺陷的检测，目前普遍采用的是人工目测的手段， 劳动强度大，费时费力，检测标准不统一。特别是 随着印刷速度的提高，已逐渐无法满足生产的需 求。因此，印刷品缺陷的自动检测逐渐成为行业 的趋势。 为了提高生产效率，在线智能检测技术引入 了印刷过程，基本原理如下：系统通过ＣＣ Ｄ摄像镜 头，采集无缺陷印品作为标准图像，然后在印刷生 产线上采集待检图像，将采集到的每一帧待检图像 传输给现场与标准图像进行对比分析，找出有质量 问题的图像，从而发现该帧图像所对应印刷品的质 量问题；最后自动调节相应的印刷部质量的在线控 制。印品在线检测在具体实施时，一般分为两步： 首先是检测准备，即通过对合格产品的图像采集， 获得标准印刷品图像。其次是实际检测，即将待检 印刷品的图像与标准模板进行比较，从而根据比较 结果确定缺陷存在与否及缺陷位置，并记录该缺陷 信息。 印刷质量与标准化２０１ １．１ 蓉 国内外印刷品自动检测技术的 发展及现状 印刷图像质量自动检测技术起步于上世纪 八、九十年代。１９９０年，日本东京的Ｋ ａｔＳ ＵＹ ｕ ｋ１ Ｔａｎ１ｍｉｚｕ进行了印刷工业自动质量检测研究，提了 种用于自动检测印刷品表面缺陷的索引空间法 （Ｉｎｄｅｘ Ｓｐａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ），以Ｘ、Ｙ表示各像素点的 位置坐标，以Ｚ轴表示像点灰度值，建立了空间坐 标系，这样每一图点都能在此坐标系中找到其相 应的位置，通过比较坐标系中模板图像和待检图像 的对应位置的灰度值，确定待检图像中是否存在缺 陷点，这种方法的图像处理过程和检测过程相对独 立，能够检测较复杂的图片。但其算法比较复杂， 应用上有很多不便。 １９９３年，法国的Ｂ．Ｍｅｈｅｎｎ１也进行了本课题的 研究工作，他提出了－－＠￣ｅｎ—ｔｕｐｅ法和逐像素比较 法相结合的方法，这种方法具有速度快、参数输出 多等特点，但它要用的硬件设备，同时要通过示教 才能完成自动质量检测的任务。 １９９８年，又陆续有学者把Ｇａｂｏｒ ｆｉＩｔｅｒ法引入 到印刷品图像质量检测中，此种法可检测出多种图 像缺陷，且有一定的自适应性，适用于对大数据系 统的检测，但ａ ｂ０ ｒ方法有一大缺陷，识别速度慢， 因为它的良好识别性是建立在精确匹配基础上的，这 大大提高了运算的复杂性，同时降低了它的实用性。 ２ ０ ０ ３年，英国埃克塞特大学的Ｊ．Ｌ ｕ ０和 Ｚ．Ｚｈａｎｇ，基于图像处理技术，提出了一种彩色印刷 品检测算法。该算法首先进行照明修正，然后给出 色彩三维直方图，进行特征提取，最后利用神经网 络进行图像分类，识别合格图像。 目前，国外许多厂家已经研制出了各种印刷品 自动化质量检测系统。例如：德国Ｖｉｓｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｔｓ 公司开发的印刷质量检测系统能在线检测出各种纸 张、多种材料表面的印刷错误。德国的Ｅ ＬＴＲＯＭＡＴ 公司生产的ＧＥＤ ＮＯＴＡ—ＳＡＶＥ系列高精度印刷质量检 测系统已用于对钞票印刷的质量检测过程。实践 证明它们大大缩短了检测的时间，提高了检测速 度，达到了监控高精度印刷品生产过程的目的。 以色列ＡＶＴ公司也已生产出用于检测印刷质量的 ００ 印刷质量与标准化２０１ １．１ Ｐ ｒ１ ｎｔＶｊ Ｓ１ ０ｎ系列产品，能够探测到颜色差异、漏 印、条痕以及斑点等印刷错误。 在实际应用层面，目前世界上进行此方面研究 的主要有日本、德国。如日本的ＦＵＴＥＣｂＬ及日本株 式会社东机美（ＴＯＫＩＭＥＣ）等公司有ＥａｓｙＭａｘ系列产 品和Ｐｒｉｎｔ－Ｐａｃ系统，德国的Ｖｉｓｉｏｎ—Ｅｘｐｅｒｔｓ公司开 发的Ｐｒｉｎｔ—Ｅｘｐｅｒｔ ４０００ ＯＣＶ／２系统。此外，能提供 全自动印刷品质量检测设备的还有瑞士的Ｂ０ＢＳＴ、 美国的ＰＲＯＩＭＡＧＥ等公司。 在线检测系统构成 为了解决印刷过程中的自动缺陷检测问题， 可以根据印刷缺陷特征设计在线检测系统，其主要 包括图像获取、定位、检测、以及结果输出四个部 分组成，图像采集由ＣＣ Ｄ、镜头、光源、视频图像 采集卡和计算机组成；定位与主要通过软件编程完 成图像的噪声去除、几何变换和定位确定：图像检 测系统主要是通过二值化图像对印刷产品进行自动 检测过程；结果输出主要是将数据转换部分计算得 到的数据输出，并进行印刷特征量的显示，如墨量 显示。当建立起了全画面印刷质量检测系统，通过 ＣＣ Ｄ摄像机，对印刷品进行连续拍照，将拍摄到的 每一帧图像传输给现场计算机，通过图像处理软 件，对图像信息进行分析处理，找出有质量问题的 图像，给出该图像所对应的印刷品的质量问题，然 后通过传输线路将信息反馈给操作人员或直接反馈 给印刷机进行调整。这样不仅可以减轻工人劳动强 度，而且将减少次品和提高生产效率。 对于印刷品缺陷的在线检测系统硬件部分如图 １所示，主要由ＣＣＤ、镜头、图像采集卡、计算机及 其显示系统组成。 首先，ＣＣ Ｄ、镜头、光源和图像采集卡共同完 成对图像的采集与数字化。高质量的图像信息是系 图１ 印刷品缺陷在线系统 统正确判断和决策的原始依据，是整个系统成功与 否的关键所在。ＣＣ Ｄ器件可以分为线阵式和面阵式 两大类。线阵Ｃ Ｃ Ｄ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移过，才 能获得完整的图像，因此非常适合对以一定速度匀 光学镜头 镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体， 人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头 所输出的图像，就是白茫茫的一片，没有清晰的图 像输出。当摄像头在拍摄图像时，如果图像变得不 清楚，可以调整摄像头的后焦点，改变ＣＣＤ芯片与 速运动的物体的图像检测。而面阵ＣＣＤＥＩＪ可以一次 获得整幅图像的信息。在全画面检测系统中，采用 镜头基准面的距离，使模糊的图像变得清晰。 了索尼公司的Ｂａｙｅｒ转化的面阵ＣＣＤ。 经过实验， 对小幅面的印刷品 （２００ｍｍ×２００ｍＩｌ１），印刷品与镜头的物距为ｌ５ｍｍ 时，光源的照度最均匀，成像质量好。因此选用 镜头焦距３．５～８ｍ ｍ，成像尺寸为１／３英寸，光圈为 Ｆ１．４。光源采取前向垂直照明的方式。 再次，图像采集模块的任务主要是完成采集 图像到屏幕实时显示的控制，采集方式分为单帧采 集和实时采集并显示。在全画面印刷质量检测系统 中，着重要对采集的图像进行二值化处理后，对图 像数据进行分析，属于较复杂的过程，所以采用了 把单帧采集的图像存储到指定位置后，再使用图像 的指针调用图像进行处理。 最后，输出系统主要完成对结果的输出并且根 据输出数据调节Ｅｌｉｔ６ｉｊ过程，包括暂停、重印、覆盖 等操作。 在线检测系统主要硬件的特性 ＣＣＤ摄像机 Ｃ Ｃ Ｄ（电荷藕合器件，Ｃ ｈ ａ ｎ ｑ ｅ Ｃ ｏ ｕ Ｐ １ ｅ ｄ Ｄｅｖ １ ｃｅ），是上世纪７０年代发展起来的新型半导体 光电成像器件，是一种利用光电效应原理来实现 图像摄取的专门用途芯片。ＣＣ Ｄ有线型和面型两大 类。两者都需要用光学成像系统将景物图像成常在 ＣＣＤ的像敏面上。电成像器件，是一种利用光电效 应原理来实现图像摄取的专门用途芯片。这里我们 选用的是面阵ＣＣ Ｄ，它按一定的方式将一维线阵ＣＣ Ｄ 的光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列。对于 选用的ＣＣＤ摄像机来说，需要重点考察６个参数：颜 色、分辨率、最低照度、ＣＣ Ｄ芯片的尺寸、曝光方 式（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）、快门速度（Ｓｈｕｔｔｅｒ）。 图像采集卡 图像采集卡负责将摄像机摄取的模拟视频信 号转换成数字图像信号交给计算机处理。通常图像 采集卡要占用Ｐ Ｃ机总线的一个插槽，并带有外接的 Ｃ ＣＤ摄像头、图像监视器、视频信号接ｌ：ｑ。图像采 集卡与摄像机、监视器、Ｐ Ｃ机一起就构成了一个典 型微机图像处理系统的基本硬件环境。信号进入图 像采集卡后分为二路。一路经同步分离器分出行、 场同步信号送给鉴相器，使之与卡内时序发生器产 生的行、场同步信号保持同相关系，并通过控制电 路使卡上的各单元按视频信号的行、场电视制式的 要求同步工作。另一路视频信号经过预处理电路， 将视频的灰度信号由峰值为ｌＶ的标准电视信号放大 到Ａ／Ｄ转换器所需要的幅度，并调整好对比度。预处 理电路输出的信号送Ａ／Ｄ转换器转换成数字信号。时 序控制器将数字信号存于帧存储器。同时，卡上设 置了为模拟监视器提供的全电视信号输出单元。它 由查找表、Ｄ／Ａ转换器和同步合成电路构成。查找表 在微机接口电路的控制下，将Ａ／Ｄ转换器输出的数 字图像中相同灰度值的地址放到指定的空间。这些 数据经Ｄ／Ａ转换成模拟电压值，使Ｄ／Ａ转换器的输出 在查找表指定的行列的灰度，便可快速地还原图像 于视频监视器上。在软件的作用下，图像卡可以方 便地对数字图像进行存储、检测和加、减等处理。 图像采集卡种类很多，按照不同的分类方法，有黑 白图像和彩色图像采集卡，有模拟信号和数字信号 采集卡，有复合信号和ＲＧＢ分量信号输入采集卡。 在选择图像采集卡时，主要应考虑到系统的功能需 求、图像的采集精度和与摄像机输出信号的匹配等 因素。 （作者单位：安徽新闻出版职业技术学院） 责任编辑文静Ｅｍａｉｌ：ｗｊｉｎｇｌ ６＠ｓｏｈｕ Ｃ０１１１ 印刷质量与标准化２０１１．１ ≮霉
