基于机器视觉的印刷品质量检测系统

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 4.93MB 81 页 15积分
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摘 要
随着印刷技术的不断前进，数字印刷逐渐成为印刷产业的发展方向，因此数
字印刷品的质量检测也就日趋重要。由于传统印刷品质量检测方法无法适应数字
印刷产品质量检测的需求，本文就详细介绍了一种基于机器视觉技术的印刷品质
量检测系统的开发过程。
本文主要完成了系统硬件平台搭建和系统软件界面开发两项工作。在系统硬
件平台搭建时，根据机器视觉系统的构成分别选取了 CMOS、镜头、光源、工作台
及周边设备，外部硬件平台基本实现了图像捕捉的功能。系统软件界面的开发主
要是根据 ISO 13660 提出的检测参数和检测方法为基础，使用 MATLAB 软件进行开
发的，软件界面基本实现了图像显示、图像处理及图像质量检测的功能。
本文最后分别在国外类似设备和本系统上对大面积填充区域和线条的相关质
量参数进行了对比检测，实验数据可表明本系统已经具备了基本的数字印刷品质
量检测功能，并具有一定的图像处理功能，可对黑白两色的数字印刷品做出质量
检测并给出相关数据。
关键词：机器视觉 印刷品质量 ISO 13660 线条 大面积区域
ABSTRACT
As printing technology continues to advance, digital printing has become the
development direction of the printing industry, the digital print quality testing will
become increasingly important. As traditional print quality testing methods can not
adapt to the digital printing products, the demand for quality testing, this paper
introduces a technique based on machine vision print quality inspection system
development process.
In this paper, completed the hardware platform and system software interface
development to build two tasks. Hardware platform structures in the system, in
accordance with the composition of machine vision systems were selected CMOS, lens,
light, table and peripherals, external hardware platform to achieve a basic image
capture functionality. Software interface development is mainly based on ISO 13660's
test parameters and test methods, based on software developed using MATLAB.
Basically a software interface image display, image processing and image quality test
function.
Finally, similar devices were in a foreign country and this system fills a large area
on the relevant regional and line quality parameters were compared testing, laboratory
data may indicate that the system already has the basic function of digital print quality
inspection and have a certain image processing function, the number of black and
white print to make quality inspection and gives the relevant data.
Key Words：Machine Vision，Print Quality，ISO 13660，Lines，Large
Areas
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论............................................................................................................1
§1.1 问题的提出................................................................................................1
§1.2 机器视觉技术的特点................................................................................1
§1.3 国内外研究现状........................................................................................2
§1.4 小结............................................................................................................4
第二章 印刷品质量评价方法..................................................................................5
§2.1 传统印刷品质量评价方法及特点............................................................5
§2.1.1 主观评价法........................................................................................5
§2.1.2 客观评价法........................................................................................5
§2.1.3 综合评价法........................................................................................7
§2.2 新兴印刷品质量检测方法及特点............................................................7
§2.2.1 利用摄影技术的检测方法................................................................7
§2.2.2 利用扫描技术的检测方法................................................................8
§2.3 基于机器视觉的印刷品质量检测方法及特点........................................9
§2.3.1 检测原理............................................................................................9
§2.3.2 检测方法............................................................................................9
§2.4 小结............................................................................................................9
第三章 系统构成....................................................................................................10
§3.1 概述..........................................................................................................10
§3.2 系统硬件的基本构成..............................................................................10
§3.2.1 镜头..................................................................................................10
§3.2.2 CCD 或(CMOS)...................................................................................11
§3.2.3 光源..................................................................................................11
§3.2.4 图像采集卡......................................................................................12
§3.2.5 工作台及进给机构..........................................................................12
§3.2.6 计算机及数据线..............................................................................13
§3.3 小结..........................................................................................................13
第四章 外部硬件系统搭建....................................................................................14
§4.1 镜头..........................................................................................................14
§4.2 CCD 或(CMOS)...........................................................................................17
§4.3 光源..........................................................................................................19
§4.4 图像采集卡..............................................................................................21
§4.5 工作台......................................................................................................21
§4.6 计算机及其他部件..................................................................................22
§4.7 小结..........................................................................................................22
第五章 ISO 13660..................................................................................................23
§5.1 ISO 13660 简介.......................................................................................23
§5.2 属性及属性度量......................................................................................24
§5.2.1 字符/线条质量指标........................................................................24
§5.2.2 大面积填充区域属性......................................................................28
§5.3 适应性实验..............................................................................................32
§5.4 小结..........................................................................................................33
第六章 软件操作界面开发....................................................................................34
§6.1 密度标定..................................................................................................34
§6.2 软件操作界面开发..................................................................................36
§6.2.1 图像处理..........................................................................................36
§6.2.2 图像质量检测..................................................................................46
§6.3 小结..........................................................................................................62
第七章 系统可行性验证........................................................................................63
§7.1 系统可行性测试页..................................................................................63
§7.2 系统可行性实验......................................................................................64
§7.2.1 大面积填充区域..............................................................................64
§7.2.2 字符/线条........................................................................................69
§7.3 小结..........................................................................................................72
第八章 总结与展望................................................................................................73
§8.1 论文总结..................................................................................................73
§8.2 工作展望..................................................................................................73
参考文献..................................................................................................................75
在读期间公开发表的论文和承担科研项目取得的成果......................................78
致谢..........................................................................................................................79
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 问题的提出
印刷品是指采用一定的印刷工艺技术，通过印版或其他方法与承印物、油墨、
印刷机械等相互配合，得到的以还原原稿为目的的复制品[5]。在印刷行业中，关
于印刷品质量的定义目前有两种在业内比较流行，一种是 A.C.Zettlemoyer 提出的
“印刷品各种外观特性的综合效果”[1]，另一种是 G.W.Jorgensen 提出的“对原稿
复制的忠实性”[1]。对于印刷品质量的内涵包括以下三方面：
1、印刷品与原稿的接近程度；
2、印张对付印张的接近程度；
3、批印刷品的合格率与同批印刷品之间的一致程度。
在传统印刷中印刷品质量检测一般是依靠有经验的人员对印刷品进行肉眼直
接观察或借助放大镜进行观察，以确定印刷品是否符合质量要求。显然，这样检
测出的结果往往具有很大的主观性和误差，同时检测的效率也很低下，因此这种
方法更适用于低质量要求且小批量，低速的生产当中。但随着印刷技术的不断提
高，对于印刷品质量的要求也越来越严格，不仅仅是发现一些较容易观察出的重
大缺陷，更是需要测量出肉眼很难观察到的微小色差或缺陷。特别是随着数字印
刷技术的出现和发展，传统的印刷品质量检测技术已不能满足需求，更精确，更
客观的印刷品质量检测技术呼之欲出。
§1.2 机器视觉技术的特点
所谓机器视觉就是利用工业摄像头连接 CCD(或CMOS)或使用扫描仪进行图
像采集的一种技术，而 CCD 或扫描仪就像是机器的“眼睛”，顾名机器视觉。
机器视觉有诸多特点：
精确性—检测者用肉眼观察印品质量会受到很多自身条件的限制，如视力、
外部环境、经验等，而利用机器视觉则可达到非常高的精度。
重复性—机器可根据检测者的需求重复执行一条或几条指令，并保证每次执
行过程的一致性，而肉眼观察时间过长则会感到疲惫，导致精度下降，且每次观
察的过程也不能完全相同，致使出现不同的结果。
速度性—机器视觉可高速的检测被测物，其过程只需对物体进行一次拍照或
扫描就可得出相关的数据，若为在线检测系统则能很大程度上提高生产效率，这
基于机器视觉的印刷品质量检测系统
2
无疑是肉眼观察达不到的。
客观性—肉眼观察最大的弊端就是其主观性，而这个缺点又是“先天”存在
无法克服的，即使借助一定的设备其最后结果也是靠人的经验判断来得出，检测
结果必定受到人为因素而产生波动，而机器则无此现象，检测结果非常客观准确。
成本性—由于机器设备对于程序化的工作效率极高，并能同时对多项参数进
行分析和处理，不用分开检测，对于大批量产品的测量无疑可提高生产效率，降
低生产成本，这是靠肉眼观察根本不能达到的。
图 1-1 机器视觉设备
此外，机器视觉还可以在肉眼无法到达的地方进行图像采集，如卫星上的摄
像机，还可以利用延伸设备在比较危险的地方进行图像采集，如拆弹车前的摄像
机，更可以对精密设备进行高分辨率图像采集，如对电脑芯片的视觉质量检测等。
由于以上诸多优点，机器视觉在越来越多领域得到充分使用，如：目标识别、位
置探测、完整性检测、表面检测等。
机器视觉技术应用在印刷产业中主要是用来检测印刷品的质量，多用于数字
印刷产品的质量检测当中。它将光学、图像采集及图像分析技术良好的结合，为
印刷品质量检测开辟了一条全新、高效的道路。
§1.3 国内外研究现状
日本和欧美国家一直处于印刷品质量检测水平的前列，在 20 世纪 70 年代，
就已经有厂家开始开发基于图像处理技术的印刷品质量检测系统，目前在国内使
用较多的也都为日本和欧美的产品。其中国外产品主要以日本法视特公司
（FAST），日本东机美公司（TOKYO KEIKI），日本优视科公司（FUTEC）的相
第一章 绪论
3
关设备为主，国内产品则以武汉三维光之洋电器有限公司和大恒图像的相关设备
为主[3]。
日本法视特公司（FAST）出品的 FV-flowence 是利用高分辨率的 3CCD 线阵
相机或面阵相机对印刷品进行拍摄，通过图像采集卡和专用软件将印刷过程中产
生的缺陷高速，高精度地检测出来的印刷品质量检测装置。它可用于饮料瓶、酒
瓶和标签检测；凹版相片的检测；信用卡印刷面的检测等。
图 1-2 FV-flowence
日本东机美公司（TOKYO KEIKI）出品的 Print-CAP 是集高精度摄象机，图
像处理技术，并以 Windows 为环境软件而构成的印刷品质量检测装置。它采用了
高分辨率的线式 3CCD 摄像机，适应于在线，离线等操作条件。这套设备最突出
的特点是不仅可对印刷品进行质量检测，也可对无图案的薄膜、胶片、纸张等进
行检测。
武汉三维光之洋电器有限公司是国内专门从事视频图像处理的大型企业。
SW-YP0001 是其公司开发的印刷质量在线检测系统，能完成实时检测、跟踪、报
警、信息统计等功能。此系统集高速自动检测、测量、分辨、定位于一体。主要
用于跟踪，识别高速印刷机在生产过程中产生的飞墨、刀丝、异物各种印刷质量
缺陷，然后通过声光报警、贴标识别、打印检测结果和缺陷图像，监视器显示缺
陷点信息等形式将缺陷表现出来。它用了 2048 像素的彩色线阵 3CCD，检测速度
达到 280m/Mi。
基于机器视觉的印刷品质量检测系统
4
图 1-3 SW-YPOOO1
大恒图像出品的 DH-PRINT 系列印刷质量检测系统采用光、机、电及软件一
体化技术，实现对高速运动的印刷品进行实时全面的质量检测。此系统检测的主
要缺陷类型包括：飞墨、蹭脏、污垢、漏印、套印偏差、色彩偏差、刀丝、墨色
过浅、墨色过浓、裁切偏差、机械损坏等。系统适用于烟标、药包、彩盒、标签、
薄膜、人民币、税票等的印刷质量检测。
图 1-4 DH-PRINT
§1.4 小结
我国的印刷品质量检测目前还主要采取主观目测法，整体水平还比较低，而
基于机器视觉的印刷品质量检测系统在国外发达国家已普遍使用。近年来，随着
国外先进设备的引进和国内相关企业，高校的研究，越来越多印刷企业已经开始
使用和关注基于机器视觉的印刷品质量检测系统，相信在不远的将来国内印刷企
业也将踏上这条高效的印刷品质量检测之路。
第二章 印刷质量评价方法
5
第二章 印刷品质量评价方法
§2.1 传统印刷品质量评价方法及特点
传统印刷品质量评价方法分为主观评价法、客观评价法和综合评价法。
§2.1.1 主观评价法
主观评价法是以复制品的原稿为基础，以印刷质量标准为依据，对照样张，
根据评价者的心理印象进行评价的方法[2]。其原理是通过人眼的观察(可使用放大
镜），对印刷品进行比较，要求样品展示在同样的环境中，且样张顺序随机。检测
过程是检测者对印刷品的质量首先进行目测，然后和原稿进行对比辨别是否符合
质量要求，其过程和结果完全依靠检测人员的经验进行判断，具有非常大的主观
性、局限性和不一致性。往往同一人员对一份印刷品在不同环境下检测，或不同
人员对一份印刷品在同一环境下检测，会得出不同的检测结果，所以一般要求对
构成印刷品综合效果的各个质量按不同评价者进行综合评价，常采用的方法是将
不同的评价者分成若干组来进行评价。主观评价法对观察环境的要求较高，理论
上，在印刷品进行检测的外部观察条件应与印刷品最终的观察环境相同，只有这
样才能达到批量质量的一致性，但在现实检测中此要求往往很难达到。
主观评价法又可分为目视评价方法和定性指标评价方法[2]。目视评价方法是
指在相同的评价环境下，观察原稿和印刷品并对印刷品给出优、良、中、差的等
级，然后统计各印刷品的得分，得出最终评价结果[2]。定性指标评价方法是指首
先按信息面给出一定的定性质量指标，如质感、柔和、鲜明、光泽、肤色等，其
次列出每个指标在质量的三方面：色彩、层次和清晰度的重要程度，由评价人员
评分，最后进行分数统计，得出评价结果[2]。
由以上主观评价法的原理和特点可见，此方法只适合对低质量要求的印刷品
进行抽样目测检查，其结果的主观性决定了它不适合用于对高精度、高质量印刷
品进行质量检测，更不能形成统一的标准和规范，所以此种方法的单独使用一般
只出现在印刷品质量检测的最初阶段，用以判定印刷品是否有明显的缺陷等。
§2.1.2 客观评价法
客观评价法是利用适当的检测仪器对印刷品的各个质量特征进行测量，最后
用定量的数据来反映印刷品的质量 [2]。其检测原理是通过恰当的物理量或质量特
摘要：

摘要随着印刷技术的不断前进，数字印刷逐渐成为印刷产业的发展方向，因此数字印刷品的质量检测也就日趋重要。由于传统印刷品质量检测方法无法适应数字印刷产品质量检测的需求，本文就详细介绍了一种基于机器视觉技术的印刷品质量检测系统的开发过程。本文主要完成了系统硬件平台搭建和系统软件界面开发两项工作。在系统硬件平台搭建时，根据机器视觉系统的构成分别选取了CMOS、镜头、光源、工作台及周边设备，外部硬件平台基本实现了图像捕捉的功能。系统软件界面的开发主要是根据ISO13660提出的检测参数和检测方法为基础，使用MATLAB软件进行开发的，软件界面基本实现了图像显示、图像处理及图像质量检测的功能。本文最后分别...

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