［摘要］：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的套色印刷機(jī)自動(dòng)對(duì)色系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)可加裝在普通套色印刷機(jī)上進(jìn)行改造使用，以此檢測(cè)生產(chǎn)線上印刷品的套色質(zhì)量。其套色精度為0.1mm，滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，具有廣泛的應(yīng)用前景。
［關(guān)鍵詞］：電子色標(biāo) 數(shù)字圖像處理 CCD 基準(zhǔn)線法
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，印刷業(yè)的生產(chǎn)力和質(zhì)量要求越來越高。在提高生產(chǎn)力的前提下，要獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，就需要加快高新技術(shù)的應(yīng)用，在印刷設(shè)備上提高自動(dòng)化水平。
目前，印刷機(jī)普遍使用CMYK四色印刷技術(shù)，即用C（cyan青），M（magenta洋紅），Y （yellow黃色）和K（black黑色）四色油墨印制在印品上形成彩色圖像。以四色印刷技術(shù)為原理的套色印刷機(jī)，其套色精度的好壞直接影響后續(xù)印刷質(zhì)量，通常利用CMYK色標(biāo)圖案來檢測(cè)印前的套色準(zhǔn)確度。本文介紹一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的套色印刷機(jī)自動(dòng)對(duì)色系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)圖像處理為基礎(chǔ)，以CCD攝像機(jī)為信號(hào)采集手段，以微型計(jì)算機(jī)芯片為控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)對(duì)色系統(tǒng)。
1 自動(dòng)對(duì)色系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)
自動(dòng)對(duì)色系統(tǒng)主要由電子色標(biāo)、照明光源、同步信號(hào)控制系統(tǒng)、色標(biāo)傳感器和圖像采集、處理及顯示等部分組成，工作原理如下圖1所示。首先由色標(biāo)傳感器檢測(cè)到識(shí)辨標(biāo)記，然后由信號(hào)傳送至同步信號(hào)控制系統(tǒng)，經(jīng)辨別分析，計(jì)算出同步信號(hào)，傳送至圖像采集卡。CCD攝像機(jī)根據(jù)圖像采集卡的觸發(fā)信號(hào)對(duì)色標(biāo) 同步信號(hào)進(jìn)行拍攝。所拍圖像通過圖像采集卡送入CPU進(jìn)行處理，最后將計(jì)算的偏移數(shù)據(jù)顯示到顯示器上，同時(shí)利用專用接口將偏移量發(fā)送出去進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
1.1 電子色標(biāo)的設(shè)計(jì)
一般普通的印刷色標(biāo)是為了方便人眼觀看的。
當(dāng)這四種顏色重合時(shí)，即為對(duì)準(zhǔn)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理時(shí)，不同的顏色重合會(huì)產(chǎn)生新的顏色，這樣就無法判斷圖形的真實(shí)顏色信息。根據(jù)實(shí)際印刷情況，色標(biāo)只能放在印刷品的邊緣，一般最大只有一到兩厘米的地方。經(jīng)多次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出專用于印刷業(yè)的電子色標(biāo)，如下圖3所示。色標(biāo)的大小為7×7mm2，各線條寬為0.2mm，相鄰兩線條在X軸和Y軸上的距離皆為2mm。其中，黑色線Y=X=7mm，黃色線Y=X=5mm，品紅色線Y=X=3mm，青色線Y=X=1mm。
1.2 同步信號(hào)控制系統(tǒng)
同步信號(hào)采集由對(duì)比度傳感器來完成，利用單片機(jī)控制同步信號(hào)來記數(shù)和拍攝。記錄色標(biāo)位置的識(shí)辨標(biāo)記如下。三個(gè)黑色色標(biāo)大小一致為正方形S3=S4=5mm，相互之間的距離為S1=S2=2mm。
當(dāng)色標(biāo)檢測(cè)到識(shí)辨標(biāo)記后會(huì)產(chǎn)生如圖5所示的電信號(hào)，其中U=3V。由單片機(jī)計(jì)算出同步信號(hào)作為圖像采集卡的外觸發(fā)信號(hào)。為了避免印刷中油墨以及紙張等其他污跡的干擾，只有當(dāng)信號(hào)滿足0.6ms≦t1=t3=t5≦3ms,0.5ms≦t2=t4≦2ms（范圍誤差為±0.3ms，相似誤差為±0.2ms）時(shí)，可認(rèn)為一個(gè)正確的同步信號(hào)。同時(shí)，利用光耦連接同步信號(hào)控制系統(tǒng)與圖像采集卡，消除同步信號(hào)的外界干擾。
1.3 照明光源
系統(tǒng)采用白光光源。根據(jù)印刷機(jī)的工作速度，CCD攝像機(jī)的整幀快門速度控制在1/62000s，因此光源亮度要足夠大。而強(qiáng)光直接照射在印刷白紙上會(huì)使紙張受熱變形變黃。為了解決上述問題，利用光學(xué)透鏡聚光，并采用光纖傳輸?shù)姆绞阶龅嚼涔狻?/font>
1.4 圖像采集及處理模塊
對(duì)生產(chǎn)線上色標(biāo)的動(dòng)態(tài)圖像采集的程序設(shè)計(jì)流程如圖6所示。計(jì)算機(jī)中的圖像是用像素表示的。當(dāng)攝像機(jī)的位置有偏差時(shí)，相鄰兩像素點(diǎn)所表示的距離則會(huì)不同，所以需要在計(jì)算分析前做好定標(biāo)工作。即先拍攝一幅正確的色標(biāo)圖像，分析它的像素點(diǎn)與實(shí)際距離的比例關(guān)系，然后利用這個(gè)比例標(biāo)準(zhǔn)來分析實(shí)際色標(biāo)圖像[1][2]。
印刷機(jī)套色偏差的計(jì)算采用基準(zhǔn)線方法。即以C、M、Y、K四線中的一條為基準(zhǔn)線，如以M線為基準(zhǔn)，則各線在x、y軸的距離計(jì)算如下式（1）。計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，得到各線的偏差，即每版印刷紙的對(duì)色偏移量。
2 上位機(jī)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)
上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)在Visual C++6.0環(huán)境下結(jié)合MIL函數(shù)庫(kù)[3]來實(shí)現(xiàn)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
3.1 實(shí)驗(yàn)
參照J(rèn)B/T5432-1991 卷筒凸版印刷機(jī)和JB/T6426-1992 平板凹版兩用印刷機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，制作了色標(biāo)在印刷機(jī)上運(yùn)動(dòng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。系統(tǒng)套色精度為0.1mm，滿足國(guó)內(nèi)印刷業(yè)的實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 總結(jié)
套色印刷機(jī)自動(dòng)對(duì)色系統(tǒng)是一種可檢測(cè)印刷機(jī)的套色質(zhì)量并自動(dòng)將套色偏差調(diào)整至最佳狀態(tài)的裝置。系統(tǒng)可加裝在普通套色輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)上，對(duì)運(yùn)行中印刷機(jī)的套色精度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示以及動(dòng)態(tài)調(diào)整，擺脫了印刷業(yè)一貫以人工來主觀判斷四色對(duì)準(zhǔn)精度的狀況。該系統(tǒng)省時(shí)、省力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)印刷生產(chǎn)的自動(dòng)化，使印刷精度有了保證，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
1 章毓晉.圖像工程（上冊(cè)）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000
2 應(yīng)義斌，饒秀勤，黃永林等.運(yùn)動(dòng)水果圖像的實(shí)時(shí)采集方法與系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2004；35（3）
3 Matrox.MIL User Guide. http://www.matrox.com/imaging,2004
作者簡(jiǎn)介：魯波（1980-），女，黑龍江人，工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器儀表系，獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)主要從事機(jī)器視覺系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)工作。