烟标印刷质量机器视觉检测_烟标印刷质量控制
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烟标印刷质量机器视觉检测
在机器视觉检测中，每一种检测都有其特殊性，对应不同的检测对象与检测目的，需要不同的检测方法。本文结合烟标印刷质量机器视觉检测项目，介绍机器视觉检测的具体方法。
1概述
1.1烟标印刷的特点和烟标印刷质量检测的现状
烟标印刷是技术含量与质量要求最高的印刷之一。正是由于烟标印刷有着严格的质量标准，所以即使采用先进的进口印刷机械，产品也存在较多的次品。我国的烟标印刷企业目前一般采用人工在印中抽样及印后逐一目测的方法分拣次品。在烟标印刷企业常常出现这样一种现象：印刷车间，从国外进口的高档印刷机飞快的运转，几名工人轻松地注视着监控仪器；而在一旁的印刷质量检测区，几十上百的工人在紧张地对印好的成品作逐一检测。可见目前的检测方法效率低、成本高、工人劳动强度大，同时人工检测主观性强，容易造成检测标准的不统一。印刷企业通常还需要对次品进行统计，以便查找次品产生的原因，在采用人工检测时只能对次品进行抽样统计，要想实现全部次品的分类统计是很困难甚至是不可实现的。如果采用机器视觉检测，当前烟标印刷质量检测中存在的诸多问题便可迎刃而解。对烟标印刷质量机器视觉检测的有关理论问题进行研究，在此基础上研制出一套可以代替人的视觉对烟标印刷质量进行检测的系统，将大大提高烟标印刷企业的生产效率、生产质量以及经济效益。
1.2烟标印刷缺陷
烟标可能存在多种的印刷缺陷,如重影,烫金残缺,飞墨,墨色不均等,主要可归为以下几类:
1）套色缺陷。其表现为图案边缘出现重影，图案之间相对位置偏移，实质为印刷套色出现偏差。
2）烫金缺陷。其表现为烫金不全甚至没有或烫金位置偏移。
3）污迹。其表现为表面浮脏，或是有墨迹。
4）压凸缺陷。压凸部分与对应的文字或图案没有对准，或压凸的深度不符合要求。
以上几类缺陷有的有着具体的检测标准，如套色的偏差要求限制在0.2mm，而大多数 则是凭人的主观判断，如烫金污迹等。
（a）标准烟标图像
（b）有套色问题的烟标图像 图1 标准烟标图像和有套色问题烟标图像的对比
（a）标准演变图像
（b）有套色问题的烟标图像 图2.标准烟标图像和有套色问题烟标图像的对比（高分辨率、局部）
图1为标准烟标和有套色问题的烟标的对比图像，不过由于分辨率的原因,两幅图像的差别很难分辨。图2是局部对比图,由于分辨率的提高,差异已经可以容易的看到：问题烟标的字迹不清,有重影，部分边缘颜色错误。1.3机器视觉烟标印刷质量检测的难点
机器视觉烟标印刷质量检测有以下一些难点：
1、套色检测精度高
烟标印刷最大的特点就是精细,质量标准很高,套色的精度一般要求达到0.2mm所以在较低分辨率下很难显示出套色问题(如图1),这就需要提高分辨率。但随着分辨率的提高,图像尺寸也增加，图像处理的运算量也大大提高，给图像处理带来了一些困难。
2、污迹分布随机
由于污迹分布的随机性,烟标图像的每一部分都必须进行检测，使得检测的运算量很大，这在采用高分辨率图像后显得更为突出。
3、干扰因素多
烟标并不是一个平面的印刷品，其上还有压痕(为方便折叠而压的凹槽)、切口(这会使得烟标的某些部位上翘或下压)，这些不规则的压痕和切口会影响到烟标图案的相对位置，给检测带来困难。
4、各印刷缺陷互相干扰
如烫金图案的缺损，可能会被误判为污迹;当污迹恰好覆盖烫金图案时，污迹也可能被误判为烫金缺损。
2特征定位
烟标的印刷质量检测主要就是检测出套色,烫金,污迹等印刷缺陷,但是在进行这些缺陷检测之前需要作一些的工作，为这检测提供必要的信息。这些工作主要包括：特征定位和图像配准。
有关位置的印刷缺陷检测均需要位置信息，而通过特征定位则可以求得位置信息。特征定位的准确程度直接关系到后续检测的效果，所以特征定位是烟标印刷质量检测的关键步骤之一。
2.1特征的类型
图3为三种不同种类的烟标图像(图3中标注的英文字母对应图4中各烟标特征在整幅烟标图像中的位置)。由这些图像可以看出烟标具有大量的特征，这些特征主要分为以下几种类型：
1、水平边缘
位于两种不同颜色区域的水平连接处，如图4（a）
2、水平双边缘
表现为水平细线，如图4（b）
3、垂直边缘
位于两种不同颜色区域的垂直连接处，如图4(c)
图3 不同种类的烟标
图3中标注的英文字母对应图4中各烟标特征在整幅烟标图像中的位置。
图4 不同类型的特征
2.2烟标图像特征定位的搜索范围
烟标图像有三个重要的特点：一是图像旋转角很小（如图3（b））的旋转角仅为0.06度），所以在局部可以认为没有旋转；二是图像间比例尺差异很小(仅为千分之几)；三是图像间平移也很小。这三个特点决定了标准图像和目标图像的对应特征的位置（图像坐标）相差很小，这就意味着对目标图像特定特征的搜索可限制在一个较小的范围内，如果能求得目标图像对应标准图像的概略位置，则这个范围更小。
烟标图像同时还有另外一些特点，这些特点又使得特征的搜索范围必须变大。一是烟标上存在的大量压痕和切口，压痕和切口的细微差别就会使特征的位置发生变化；二是烟标的套色偏差，套色偏差会使特征的相对位置发生改变。
综合以上，影响目标图像的特征搜索范围的因素有：特征的概略位置精度，压痕切口偏差,标准图像套色偏差，目标图像套色偏差。特征的概略位置精度同采用的求法有关，本文下一节将对其进行讨论；压痕切口偏差为经验值，可统计得到；套色偏差可采用本文4节方法求得。
3图像配准
图像配准是印刷缺陷检测的基础，套色、烫金、污迹等检测只有在目标烟标图像同标准烟标图像配准的前提下才能进行。
烟标图像有很多特点，其中一个就是有大量特征存在。图像配准的算法很多，如基于边缘的配准算法，基于角点检测的配准算法等等，本文则主要针对烟标图像的特点提出了一种基于特征定位的图像配准方法。该方法的基本步骤为：首先进行特征定位，接着计算几何变换参数，最后重采样生成配准图像。3.1特征定位
特征定位的方法见第2节。特征选取应注意：
1、优先选取直角点。
2、水平边缘/沐平双边缘同垂直边缘/垂直双边缘应成对选取，即选一条水平边缘/水平双边缘就要选一条垂直边缴垂直双边缘，而且这两条边缘应尽量靠近。
3、多选取一些特征以作冗余校验，在选取文字/标志特征时更应如此。
4、避免选择彼此距离过近的特征。
3.2重采样
求得变换参数以后，标准图像上的所有点在待检测图像上的同名点的位置就可以求出来了。而这些位置的坐标值可能不是整数，所以不能直接得到这些位置上的点的灰度值，这就需要进行内插，也称为重采样。
4套色检测
4.1套色不准产生的原因
导致套色不准的原因主要有以下一些：
1、设备精度差引起的套色不准
印刷机上的滚筒齿轮、版台齿条、连杆轴承、递纸牙!凸轮以及联动前规和侧规运动的机件发生磨损松动时，易使印品套色失准。
2、机器调整不当引起的套色不准
在印刷过程中，若叼牙的叼纸量过小，叼不住纸边，压印时就容易产生滑移。递纸牙、叼牙开闭动作失调，叼纸牙的压力不足，输纸系统的某些部件失调，都会导致套色不准。此外，印刷压力过大，包衬盲目增厚，包衬松动也是造成印刷版面走样(版面拉大)，套色失准的原因。
3、纸张伸缩变形引起的套色不准
纸张含水量异常、纸边卷曲时,会出现套色不准现象。
4、操作不当引起的套色不准
印版底托不良，压力过大，油墨层薪稠度过大,纸张裁切不规范都会使得套色失准。4.2基于套色十字丝的印刷套色检测
烟标上都印有套色标志，而这些标志通常呈十字丝状，称为套色十字丝。套色印刷的每一种颜色都对应一个十字丝，在套色完全准确的情况下，各颜色的十字丝完全重合(如图5（a）)，而在套色不准的情况下，各色十字丝彼此不能完全重合(如图5（d）)，它们之间的偏差就是套色偏差。所以检测印刷套色偏差可以通过检测套色十字丝来完成。本文将这种检测方法称为基于套色十字丝的印刷套色检测。4.3二值图像处理
由于图像噪声的影响，分割后的二值图像还要进行进一步的处理。图像背景中的一些噪声点,也可能被划分成十字丝,反映在二值图像上就是,除图像中央十字丝本来所在的位置存在黑像素外,其他区域还零星分布着一些黑像素(设分割后的图像,目标为黑,背景为白,下文均如此)。为了去除这些零星黑像素,本文提出了一种孤立点剔除算法。
5烫金缺陷检测
烫金是指在一定的温度和压力下将电化铝箔烫印到承印物表面的工艺过程。电化铝烫印的图文呈现出强烈的金属光泽，色彩鲜艳夺目、永不褪色。尤其是金银电化铝，以其富丽堂皇、精致高雅的装演点缀了印刷品表面，增强了印品的艺术性,使产品具有高档的感觉。所以烫金工艺被广泛地应用于高档、精美的包装装横商标、挂历和书刊封面等印刷品上。烫金的主要材料是电化铝，它是以涤纶薄膜为片基，涂上醇溶性染色树脂层，经真空喷镀金属铝，再涂上胶粘层而制成。其工艺主要是利用热压转移的原理,在合压作用下,电化铝与烫印版、承印物接触，由于电热板的升温使烫印版具有一定的热量，电化铝受热使热熔性的染色树脂层和胶粘剂熔化，染色树脂层粘力减小，而特种热敏胶粘剂熔化后粘性增加，铝层与电化铝基膜剥离的同时转印到了承印物上，随着压力的卸除，胶粘剂迅速冷却固化，铝层牢固地附着在承印物上，完成烫印过程。烟标作为高档印刷品，也大量采用了烫金工艺。
在烫金的过程中有多种因素可能影响烫金的质量，其中最主要因素有烫金的温度、压力和速度。如果烫金温度过高，熔化过度，烫印图文周围的电化铝也熔化脱落而产生糊版，同时高温还会使电化铝染色树脂和铝层发生化学变化，烫印产品亮度降低或失去金属光泽；如
果烫金温度过低，熔化不充分，也会造成烫印不上或烫印不牢，印迹不牢固、易脱落，或者缺笔断划、印迹发花。即便烫金温度合适，如果压力不足，也无法使电化铝良好地转移到承印物上，就会产生印迹发虚、花版、掉色等问题；相反，如果压力过大，衬垫和承印物的压缩变形过大，印迹则会发粗，甚至粘连、糊版。烫金速度越快，烫印接触时间越短，热熔性的染色树脂层和胶粘剂就可能来不及充分熔化，从而导致印迹发虚甚至烫印不上；而如果烫印速度过慢,会使电化铝接触时间过长，虽然粘结比较牢固,但印迹会变粗。除了温度，压力，速度三大因素以外，其它如纸张,电解铝质量也都对烫金质量产生影响。这些因素使得烫金质量的控制比较困难,而烫金缺陷在所有印刷缺陷中的出现的几率也是比较高的,所以烫金质量的检测就显得尤为重要。
