基于DSP的无线式测版仪的设计
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基于 DSP 的无线式测版仪的设计
摘 要
测版仪是测量网点参数的一种仪器，是印版过程中控制质量的重要工具。对
印版人来说 ，版信息的精确检测一直都面临着严峻的困难。目前来讲，大多数的
印版人依旧依靠经验或者敏锐的眼睛来对网点进行检测，但是这样的检测结果却
大大的局限了印刷品的质量，不但造成了很多的误差，而且耗时较长，效率也比
较低，因此这并非是有效的检测手段。
此外，有些印刷厂家和研究所开始引进印版网点测量仪来对网点进行检测，
但是传统的测量仪是基于光学测量的方法间接获取网点的测量参数，在测量过程
中会引进多种误差源，例如理论误差（间接测量推导和经验公式）、测量误差
（光强度测量）、仪器误差以及环境影响带来的误差（如光照均匀性）等，最终
造成测量精度下降，影响产品质量。为克服上述传统测版仪的问题，提高精度，
我们将采用直接获取印刷版材的显微图像，并通过图像识别的方式直接获得网点
的各种参数。由此，设计了基于 DSP 的无线式图像识别测版仪，不但体积小，携
带方便，操作简单，而且将间接测量转为直接测量，大大减少了测量过程带来的
误差。
论文首先介绍了测版仪的研究背景和国内外的发展现状，接着介绍了网点图
像处理相关算法，包括图像灰度、二值化和去噪等，以及网点参数的相关计算算
法。然后介绍了测版仪的硬件结构并给出了相应的原理图，包括显微放大及光源
电路、CMOS 图像采集模块、核心处理模块以及液晶显示模块几个部分。本课题中
设计的测版仪由于 DSP 的可编程性和强大的数据处理能力，更是在原有基础上提
高了测量速度及测量精度，带来史无前例的品质控制水平。
关键字：无线式测版仪 参数测量算法 DSP 数字图像处理
ABSTRACT
Plate measurer is a kind of instruments in measuring the parameters of the
network. It is an important tool of quality control in the process of printing. For plate
person, accurate detection of plate information has been facing serious difficulties. At
present ,most of the plate person are still relying on experience or sharp eyes to detect
network.But the test result greatly limits the quality of the print.Not only caused a lot of
errors, and time-consuming longer, also efficiency is low.So this is not an effective
mean of detection.
In addition,some printing manufacturers and research institutes began to introduce
printing dot measuring instruments to detect the network.But the traditional measuring
instrument is based on the optical measurement method which measures parameters of
network with indirect access and will introduces a variety of error sources in the process
of measurement, such as theoretical errorr (indirect measurement and empirical
formula),measurement error (light intensity measurement),instrument error and
environmental impact (such as illumination uniformity),etc.These errors finally cause
the loss of accuracy of measurement, and affect the quality of the product. To
overcoming the problem of the traditional plate measurer, and improving the accuracy,
we will directly obtain the microscopic images of printing plates, and directly get
various parameters of dots via image recognition.Thus, we designed a wireless plate
measurer with image recognition based on DSP.
Paper introduces the research background and present situation of development at
home and abroad firstly, and then introduces the network image processing algorithms,
including image grayscale and binarization and denoising and relevant calculation
algorithm of network parameters. Nextly,the hardware structure is intruduced and the
corresponding principle diagram is presented.The hardware structure includes the
amplification and light source circuit, the CMOS image acquisition module, the core
processing module and TFT display module.The plate measurer designed in this topic
not only improves the speed and accuracy of measurement conpared with the traditional
measuring instrument ,but also brings an unprecedented level of quality controling due
to the programmability and powerful data processing ability of DSP.
Key words: wireless plate measurer,Parameter Calculation Algorithm,
DSP, Digital Image Process
目 录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪 论.........................................................1
1.1 课题的来源及意义..............................................1
1.2 国内外的发展现状..............................................2
1.3 课题主要研究内容..............................................3
第二章 印刷网点图像处理的理论基础介绍................................5
2.1 印刷网点参数概述..............................................5
2.1.1 网点大小................................................5
2.1.2 网点角度................................................6
2.1.3 网点线数................................................7
2.2 图像处理基本理论介绍..........................................8
2.2.1 图像分割.................................................9
2.2.2 图像腐蚀与图像膨胀.....................................12
2.2.3 噪声处理...............................................13
第三章 无线测版仪的硬件系统设计.....................................16
3.1 光源设计.....................................................16
3.2 显微放大系统.................................................17
3.3 处理器模块的硬件结构.........................................18
3.3.1 处理器的选型...........................................18
3.3.2 ADSP-BF533 处理器.......................................18
3.3.3 处理器硬件电路设计.....................................20
3.4 图像采集模块的硬件结构.......................................23
3.4.1 图像传感器选型..........................................23
3.4.2 图像采集模块硬件设计....................................25
3.5 无线传输模块的硬件结构.......................................28
第四章 无线测版仪的软件系统设计.....................................29
4.1 总体设计流程.................................................29
4.2 无线测版仪固件系统研发.......................................29
4.2.1 图像采集模块的程序设计.................................29
4.2.2 无线传输模块的程序设计.................................34
4.3 印刷网点图像处理算法研究.....................................41
4.3.1 基于直方图凹度分析算法的网点图像二值化..................42
4.3.2 印刷网点图像腐蚀和膨胀算法..............................46
4.4 印刷网点参数计算.............................................48
4.4.1 网点中心坐标的确定......................................48
4.4.2 网点面积计算............................................49
4.4.3 网点距离计算............................................50
4.4.4 网点角度计算............................................50
4.5 测量结果.....................................................51
第五章 总结和展望...................................................52
5.1 课题总结.....................................................52
5.2 课题展望.....................................................52
参考文献............................................................54
1
第一章 绪论
第一章 绪 论
1.1 课题的来源及意义
当今社会在发展，科技在进步，以往印刷品的质量已不能满足现在人们的需
求，因此印刷行业逐步提高了对印刷品质量的重视。印刷网点作为印刷品图像的
最小组成部分，在控制印品质量上起到决定性作用，包括对印刷品色彩的影响、
图像层次感的影响以及图像外围轮廓清晰度的影响。为了保证印刷工艺取得较好
的效果并且可以忠实地再现原稿的色彩，在制版时要严格掌握网点的大小、角度
以及密度等参数。因此，在控制印刷品质量的问题上，严格控制网点质量参数时
十分重要的。目前印刷行业采用的印品质量检测方法有以下几种：
（1）直接观察法。直接观察法属于一种主观的评价方法，即使人为地使用放
大镜目测印刷品控制条的网点面积与空白面积的比例（俗称网点成数），然后根
据操作者的经验将控制条的网点成数与标准样张进行对比，主观评价印刷品的呈
色效果，并适当对给墨量进行调整。虽然这种方法是评价印刷品质量最为简单和
直观的方法，但是此方法对操作人员的经验和心理素质依赖度很高，导致调墨的
精确性和稳定性相对较差。
（2）色度检测法。色度测量法一般采用色度计或者元件（分光光度计或 CCD
等）作为色度测量的仪器，属于一种比较客观的测量方法。其中光度计在测量原
理和采购价格上都与密度计比较相似，光电色度计采用三色滤色片，直接显示三
刺激值。大多数色度计是通过把三刺激值转换为色空间标度来获取图像颜色，但
由于照度并不完全，因此测得的图像颜色与肉眼实际观察到的图像颜色有些许差
别。但也正因如此，可以利用色度计测量色差。分光光度计是在可见光谱域逐点测
量，即在一些离散点上进行测量，并将测得的光谱反射率积分后得到三刺激值。
虽然色度测量计算颜色的精度高，与人眼识别的实际效果更为相近，不过这并不
是对网点的检测，而且也不会得到网点图像。
（3）密度检测法。密度检测法是使用密度计测量被测色块的颜色密度。密度
测量法实际上并不是直接测得密度值，而是直接测量入射光强度和反射光强度，
通过光强密度依据推导公式计算得出网点密度。在彩色印刷中，照射到印品表面
的光中一部分具有一定波长的光被油墨层吸收，而剩余的光被反射。如图 1-1 所示
光源垂直 照射到油墨层上，反 射光会聚在接 收器上，按照光学密度定义：
，可通过入射光强和反射光强获得密度值。再利用光照密度 计算网
点密度 的值：
（1-1）
有了密度值后，采用经验公式玛瑞-戴维斯公式（如 2式）计算网点大小，但
是由于印刷条件的影响，计算误差比较大，后来又提出了修正型尤尔-尼尔森公式
（如 3式）。
（1-2）
2
上海理工大学硕士学位论文
（1-3）
其中a是一个网点的像素值在图像中所占的百分比，D是百分比为 a处的网
点的网点密度，d是该网点的实地密度。虽然计算精度有所提高，但是用于修正纸
张和墨膜由于光渗透产生的漫反射及加网线数等因素影响的参数 n的值还没有统
一，即便参数值统一了，由于印刷品材料的不同，n的值也将在一定的范围内波
动，这将给网点大小的测量带来一定的误差。再者，由于密度测量是基于光学测
量的原理，光源的不均匀性和仪器本身也将给网点覆盖率的测量带来一定的误差。
图1-1 传统光学测版仪测量原理
（4）图像识别检测法。此方法即本课题提出的基于数字图像处理的印刷网点
质量检测方法。虽然密度测量法和色度测量法在客观上解决了目测法在主观上存
在的误差以及不稳定性，但是无法达到印品质量控制所需要的精确度。所以直接
获取印品网点的微观图像，通过数字图像处理得到网点参数，并显示处理后的网
点图像则成了人们一直以来的追求。随着计算机的发展和图像处理技术的研发，
基于嵌入式微处理器的图像识别式无线测版仪应运而生。
1.2 国内外的发展现状
从现阶段的发展水平来看，使用测版仪控制印刷质量是最简单和直接的方法。
随着科学技术水平的不断发展，人们对测版仪的研究也不断深入，目前国内外已
经陆续推出了各种样式的测版仪产品。虽然这些产品的外观和操作各不相同，但
他们能实现的功能是大致一样的，不但能快速准确地测量印刷网点相关指标参数
而且还能与外围设备进行通信，将测量结果显示出来。
摘要：
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基于DSP的无线式测版仪的设计摘要测版仪是测量网点参数的一种仪器，是印版过程中控制质量的重要工具。对印版人来说，版信息的精确检测一直都面临着严峻的困难。目前来讲，大多数的印版人依旧依靠经验或者敏锐的眼睛来对网点进行检测，但是这样的检测结果却大大的局限了印刷品的质量，不但造成了很多的误差，而且耗时较长，效率也比较低，因此这并非是有效的检测手段。此外，有些印刷厂家和研究所开始引进印版网点测量仪来对网点进行检测，但是传统的测量仪是基于光学测量的方法间接获取网点的测量参数，在测量过程中会引进多种误差源，例如理论误差（间接测量推导和经验公式）、测量误差（光强度测量）、仪器误差以及环境影响带来的误差（如光...
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作者：侯斌
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时间：2024-11-19
