一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统及检测方法

摘要

本发明公开的一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统及检测方法，由彩色CCD摄像头、矩形LED光源及检测平台组成，具体按照以下步骤实施：建立色彩空间转换的查找表；定位墨区标识区以及检测各墨区起始位置；定位样张在平台上的位置及其所占的各墨区宽度；确定纸白；计算各墨区青、品、黄、黑油墨的标准预置墨量；检测印张各墨区青、品、黄、黑油墨的墨量；计算各墨区青、品、黄、黑油墨的墨量差并显示其直方图。本发明检测系统及检测方法为彩色印刷高质低耗生产提供了可靠易行的墨量检测手段及方法。

主权项

1.一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，采用基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统，其结构为：包括检测平台，矩形LED光源与彩色CCD摄像头平行置于检测平台上方，所述的检测平台包括平台（2），平台（2）的长度与宽度与印刷机的最大印刷开张的长度与宽度一致，高于平台（2）表面设置有边框（1）和墨区标识区（4），边框（1）为白色，平台（2）为中性灰色，墨区标识区（4）底色为白色，上面平行设置有黑色直线，相邻直线的间距与印刷机墨区宽度一致，平台（2）上放置待检测的样张（3）以及印刷过程中随时抽取的待检测的印张；具体按照以下步骤实施：步骤1：建立色彩空间转换的查找表；步骤2：定位墨区标识区（4）以及检测各墨区起始位置；具体按照以下步骤实施：彩色CCD摄像头采集一帧检测平台图像，将图像灰度化后，从图像底部H₀开始按行扫描，将每行像素的灰度值相加，当某行的灰度值之和远小于前一行时，则定义前一行的行数为H_b；在墨区标识区（4）的H₀和H_b之间，从左到右将每列像素的灰度值相加，依次取灰度值之和为局部最小的列数，分别记为M₁，M₂，…，M_N，即为各墨区的起始列数，其中N为墨区个数；步骤3：定位样张（3）在平台（2）上的位置及其所占的各墨区宽度；具体按照以下步骤实施：将待检测的样张（3）平放于平台（2）上，其下边缘紧靠墨区标识区（4），左侧边缘相对于墨区标识区（4）的位置与印品在印刷机上的墨区位置一致，彩色CCD摄像头采集一帧图像，将图像灰度化后，从左到右，按列从图像顶部H₁到H_b将像素灰度值相加，当某列的像素灰度值之和远大于前一列时，将该列记为W_l；从右到左，按列从图像顶部H₁到H_b将像素灰度值相加，当某列的像素灰度值之和远大于前一列时，将该列记为Wr；从图像顶部H₁开始，向下按行将像素灰度值相加，当某行的像素灰度值之和远大于前一行时，将该行记为H_t，则H_t，W_l，H_b和W_r为样张（3）在平台（2）上的坐标位置；当W_l≥M_i时，样张（3）的起始墨区M_B=i，i∈1，2，…，N；当Wr≤M_j时，样张（3）的结束墨区M_E=j-1，j∈N+1，N，N-1，…，1；M_E＞M_B，样张（3）实际占有的墨区数n=M_E-M_B+1，各墨区宽度按下式计算：D₁=M_i+1–W_l，D_k=M_i+k–M_i+k-1，D_n=Wr–M_j，其中i=M_B，k=2，3，…，n-1，j=M_E；步骤4：确定纸白；具体按照以下步骤实施：在待检测的样张（3）的上、下、左、右边缘中部的非图文区，分别取10*10的像素区域，则纸白像素值：Rw，Gw，Bw的定义如下：$\mathrm{Rw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{100}{\Sigma }}\mathrm{Rij}/400,$$\mathrm{Gw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{100}{\Sigma }}\mathrm{Gij}/400,$$\mathrm{Bw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{100}{\Sigma }}\mathrm{Bij}/400,$其中，R_ij为所取像素区域中各像素的R分量，G_ij为所取像素区域中各像素的G分量，B_ij为所取像素区域中各像素的B分量，i=1，2，…，4，j=1，2，…，100；步骤5：计算各墨区青、品、黄、黑油墨的标准预置墨量；具体按照以下步骤实施：设待检测的样张（3）图像上第k个墨区纸白像素的计数器为Count_k，k=1，2，…，n，将该墨区中的每个像素的R、G、B与步骤4中的纸白像素Rw、Gw、Bw比较，如果满足下述关系，$\left\{\begin{array}{c}R\ge \mathrm{Rw}\\ G\ge \mathrm{Gw}\\ B\ge \mathrm{Bw}\end{array}\right.,$则判定该像素为纸白像素，该墨区的纸白像素计数器Count_k+1，否则该像素判定为非纸白像素；对于非纸白像素，根据步骤1查表及插值计算该像素R，G，B对应的L、a、b值，反向查表及插值计算该像素的L、a、b值对应的C、M、Y、K值；将该墨区上所有非纸白像素所对应的L、a、b值和C、M、Y、K值分别相加，记L值之和为L_k、a值之和为a_k、b值之和为b_k、C值之和为C_k、M值之和为M_k、Y值之和为Y_k、K值之和为K_k，则第k个墨区平均的CIELab值和平均的CMYK值按照下式计算：${\bar{L}}_k=\frac{L_k}{(H_t-H_b)\times D_k-{\mathrm{Count}}_k},$${\bar{a}}_k=\frac{a_k}{(H_t-H_b)\times D_k-{\mathrm{Count}}_k},$${\bar{b}}_k=\frac{b_k}{(H_t-H_b)\times D_k-{\mathrm{Count}}_k},$$\overline{C_k}=\frac{C_k}{(H_t-H_b)\times D_k},$$\overline{M_k}=\frac{M_k}{(H_t-H_b)\times D_k},$$\overline{Y_k}=\frac{Y_k}{(H_t-H_b)\times D_k},$$\overline{K_k}=\frac{K_k}{(H_t-H_b)\times D_k},$其中D_k为第k个墨区的宽度，k=1，2，…，n；第k个墨区上青、品、黄、黑油墨的标准预置墨量V_kC、V_kM、V_kY、V_kK由下式计算：$V_{\mathrm{kC}}=(H_t-H_b)\times D_k\times {\bar{C}}_k\times d_C$$V_{\mathrm{kM}}=(H_t-H_b)\times D_k\times {\bar{M}}_k\times D_M$$V_{\mathrm{kY}}=(H_t-H_b)\times D_k\times {\bar{Y}}_k\times d_Y,$$V_{\mathrm{kK}}=(H_t-H_b)\times D_k\times {\bar{K}}_k\times d_K$其中D_k为第k个墨区的宽度，k=1，2，…，n，d_C，d_M，d_Y，d_K为青、品、黄、黑油墨的标准墨层厚度；步骤6：检测印张各墨区青、品、黄、黑油墨的墨量；具体按照以下步骤实施：将待检测的印张平放于平台（2）上，其下边缘紧靠墨区标识区（4），左侧边缘相对于墨区标识区（4）的位置与步骤3中样张（3）位置一致；设印张图像上第k个墨区纸白像素的计数器为Count_k’，k=1，2，…，n，将该墨区中的每个像素的R、G、B与步骤4中的纸白像素Rw、Gw、Bw比较，如果满足下述关系，$\left\{\begin{array}{c}R\ge \mathrm{Rw}\\ G\ge \mathrm{Gw}\\ B\ge \mathrm{Bw}\end{array}\right.,$则判定该像素为纸白像素，该墨区的纸白像素计数器Count_k’+1，否则该像素判定为非纸白像素；对于非纸白像素，根据步骤1查表及插值计算该像素R，G，B对应的L、a、b值，反向查表及插值计算该像素的L、a、b值对应的C、M、Y、K值；将该墨区上所有非纸白像素所对应的L、a、b值和C、M、Y、K值分别相加，记L值之和为L_k’、a值之和为a_k’、b值之和为b_k’、C值之和为C_k’、M值之和为M_k’、Y值之和为Y_k’、K值之和为K_k’，则印张图像第k个墨区平均的CIELab值和平均的CMYK值按下式计算：${{\bar{L}}_k}^{\prime }=\frac{{L_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\prime }},$${{\bar{a}}_k}^{\prime }=\frac{{a_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\prime }},$${{\bar{b}}_k}^{\prime }=\frac{{b_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\prime }},$$\overline{{C_k}^{\prime }}=\frac{{C_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k},$$\overline{{M_k}^{\prime }}=\frac{{M_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k},$$\overline{{Y_k}^{\prime }}=\frac{{Y_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k},$$\overline{{K_k}^{\prime }}=\frac{{K_k}^{\prime }}{(H_t-H_b)\times D_k},$其中D_k为第k个墨区的宽度，k=1，2，…，n；印张图像第k个墨区上青、品、黄、黑油墨的墨量V_kC’、V_kM’、V_kY’、V_kK’由下式计算：${V_{\mathrm{kC}}}^{\prime }=(H_t-H_b)\times D_k\times {{\bar{C}}_k}^{\prime }\times {d_C}^{\prime }$${V_{\mathrm{kM}}}^{\prime }=(H_t-H_b)\times D_k\times {{\bar{M}}_k}^{\prime }\times {d_M}^{\prime }$${V_{\mathrm{kY}}}^{\prime }=(H_t-H_b)\times D_k\times {{\bar{Y}}_k}^{\prime }\times {d_Y}^{\prime },$${V_{\mathrm{kK}}}^{\prime }=(H_t-H_b)\times D_k\times {{\bar{K}}_k}^{\prime }\times {d_K}^{\prime }$其中D_k为第k个墨区的宽度，k=1，2，…，n，d_C’，d_M’，d_Y’，d_K’为青、品、黄、黑油墨在该印张上的墨层厚度；步骤7：计算各墨区青、品、黄、黑油墨的墨量差并显示其直方图；具体按照以下步骤实施：按照下式计算待检测的印张上第k个墨区青、品、黄、黑油墨的墨量与相应的标准预置墨量的墨量差ΔV_kC、ΔV_kM、ΔV_kY、ΔV_kK，并用直方图分别显示青、品、黄、黑油墨的各墨区墨量差，ΔV_kC＝V_kC'-V_kCΔV_kM＝V_kM'-V_kMΔV_kY＝V_kY'-V_kY，ΔV_kK＝V_kK'-V_kK其中k=1，2，…，n；计算印张上第k个墨区与样张（3）上相应墨区的CIE△E_ab色差，公式如下：${\mathrm{\Delta E}}_{\mathrm{ab}}^k=\sqrt{{({\bar{L}}_k-{{\bar{L}}_k}^{\prime })}^2+{({\bar{a}}_k-{{\bar{a}}_k}^{\prime })}^2+{({\bar{b}}_k-{{\bar{b}}_k}^{\prime })}^2},$其中k=1，2，…，n；当时，T为给定的允许墨区色差的上限，在直方图上将该墨区的墨量差用红色标注，以示预警。