CN100419778C - 用于量化平面对象反面上的印刷图像的可视透背的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种量化诸如纸张的平面对象反面上的印刷图像的可见透背的图像分析方法和具有成像组件(12)和处理器(14)的设备(10)。使用白基准对象设置照度级。白基准图像存储在计算机存储器中。反面有印刷图像的平面对象的图像存储在计算机存储器中。逐个像素地计算两个图像的比值并计算比值的平均值以表征可视透背。测量基本上独立于照度级和图像颜色深浅。

Description

用于量化平面对象反面上的印刷图像的可视透背的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2003年4月7日提交的编号为60/461201的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用结合于本文。
技术领域
本发明涉及用于测量从平面对象反面的印刷图像的透背的设备以及相应的方法。更具体地说，本发明涉及一种测量正面的光学反射率从而测量透背的设备以及相应的方法。
背景技术
对于诸如纸产品的平面印刷基材来说，需要有遮盖力和可视外观均匀性。使用诸如二氧化钛(TiO2)的光学遮光剂来提供这些属性。即使在产品的反面上有印刷内容时，在这些产品中也要求高度均匀的正面外观。当照射和观察正面时，印刷在反面的图像的可视程度被称为“透背”。众所周知，产品的厚度和固有的不透明度以及印刷在反面的油墨的透入深度都影响透背度。
受过训练的操作人员可估计透背，他们在可控照明条件下基于正面的可视观察做出表面外观的主观评定。传统上利用不透明度测量仪器(通常所说的暗度计)在表面上的单独小区域内量化透背度。纸浆和造纸工业技术协会(TAPPI)标准T-425 om 01中阐述了使用这种仪器的标准测量协议，标题为“Opacity of Paper(15/d Geometry，Illuminant A/2 Degrees，89％Reflectance Backing and Paper Backing)”。但是，尤其是当图案、图像或标记印刷在产品反面时，利用这种仪器进行的测量方法测量样本片的整个区域的非常小的部分，这样不适于提供具有代表性的透背度量。一种诸如本发明的自动成像系统和方法会提供更具代表性的透背度量。
在美国专利6438256(转让给本发明的受让人)中描述了用于量化不透明对象的平面表面的可视外观均匀性的方法。但是，该方法没有解决评定纸张反面上印刷图像的可视透背的需要。
发明内容
本发明涉及当照射和观察片的第二面时、测量片的第一面上印刷图像的可见程度的方法，该方法包括：
a)通过以初始照度级照射不包含图像的基准对象来创建基准对象的校准图像；
b)确定基准对象的平均灰度级，并调整照度级以实现预定平均灰度级；
c)以与用于创建校准图像的照度级相同的照度级照射片，并创建片的图像；
d)测量片的图像的像素亮度与校准图像的对应像素亮度的比值；以及
e)计算像素亮度比值的平均值。
本发明还涉及图像分析方法，该方法通过利用透镜和光检测器阵列来测量具有反射正面的基本平面样本对象正面的光学反射率，表征该样本对象反面上的印刷图像的透背，该方法包括以下步骤：
(a)创建帧平均暗电流图像，它表示在无光情况下光检测器阵列的响应；
(b)用漫射光源均匀照射基准对象的正面(所述基准对象在其反面没有图像)，并创建该基准对象的校准图像，包括以下步骤：
(1)用漫射光源照射基准对象的正面，光源的输出被设定为初始照度输出级；
(2)创建基准对象正面的帧平均图像；
(3)确定步骤(b)(2)中创建的基准对象图像中的平均灰度级；
(4)通过调整光源的输出并重复步骤(2)和(3)，直到基准对象正面反射的平均光级导致步骤(2)的图像中的平均灰度级在模数转换器的动态范围内的预定值的预定范围之内，来调整照度级，从而建立预定照度级；
(5)创建基准对象正面的帧平均基准图像；
(6)通过逐个像素地从步骤(5)的帧平均基准图像中减去步骤(a)的帧平均暗电流图像，来创建基准对象的暗电流校正后的校准图像，并将结果图像存储在存储器中；
(c)用预定照度级的漫射光源均匀照射反面上有印刷图像的样本对象的正面；
(d)创建样本对象正面的帧平均图像；
(e)通过逐个像素地从步骤(d)的帧平均图像中减去步骤(a)的帧平均暗电流图像，来创建样本对象正面的暗电流校正后的图像，并将结果图像存储在存储器中；以及
(f)通过逐个像素地计算步骤(e)的图像与步骤(b)(6)的图像的比值来分析暗电流校正后的帧平均图像以量化透背。
本发明还涉及一种设备，该设备用于当照射和观察基本平面样本对象的第二面时，测量基本平面样本对象的第一面上的印刷图像的可见程度，该设备包括：
a)不透光外壳，其中包含样本对象支架、用于漫射照射样本对象的照明组件以及成像组件；
b)计算机化图像处理组件，用于控制由照明组件创建的样本对象的照度级并用于接收成像组件创建的图像并分析那些图像，其中：
(1)样本对象支架包括用于把要测量的样本对象固定于预定平面的支撑框架和支撑压板，
(2)照明组件包括：
(i)半球形反射器，位于样本支架附近，使得预定的样本平面与半球的赤道面相对应，半球具有漫反射内表面和用于安装成像组件的极孔；
(ii)光源的环形阵列，位于赤道面上方并被设置用于照射半球的漫反射内表面；
(iii)光检测器，位于光源阵列附近并且要用来检测从半球内表面漫反射的光级；
(3)成像组件包括：
(i)透镜；
(ii)光检测器阵列，透镜将对象的图像聚焦在光检测器阵列上，阵列中的每个光检测器创建表示从对象正面反射的光的电信号，光检测器阵列连接到计算机化图像处理组件。
认为本发明的方法在若干方面是有优势的。对于要表征的每种类型纸来说，通过利用叠层或拍纸簿中多个未印刷的那种类型纸片，创建基准或校准图像来设定照度级，所述叠层或拍纸簿足够厚，使得穿透纸叠层顶部的所有光被反射或吸收。这种叠层表示“光学上无限厚”的叠层，并且如果将另外的片加到叠层上，总反射结果不会发生变化。创建叠层的图像并调整照度级，使得平均像素值在模数转换器的全部动态范围内的预定窄范围之内，通常接近动态范围的上限。这确保来自样本的足够高的信号电平并且使系统噪声的影响减到最小。
提供反馈控制，使得在采集一组样本的图像的时间周期内，通常是每组样本仅仅几分钟，对样本的照明是稳定的。该方法也确保透背测量独立于在视场上的照度变化。
照明组件向所测量的样本片提供在所成像区域上具有基本均匀照度的漫射照明源。通过白色发光二极管(LED)的环形阵列沿半球形圆顶的周边照射涂有白色漫反射涂层的半球形圆顶。
也可针对照相机光检测器暗电流来校正图像。这基本上从对图像测量的灰度级中消去了照相机暗电流的影响。因为可以每当需要时就捕捉并存储暗电流图像，所以测量实际上对CCD光检测器暗电流的变化(可能与照相机CCD或电子装置中的温度变化或老化效应有关)不敏感。所利用的CCD照相机基本上在测光方面是线性的，使得所测量像素亮度的变化直接与表面反射率的变化相关。
附图说明
图1表示用于测量片上图像的透背的系统的框图；
图2是用于测量片上图像的透背的配置的示图；
图3A表示从第二面照射的未印刷片的分解透视图，片固定在黑色表面上，其中光源用剖面表示；
图3B表示从第二面照射的未印刷片的分解透视图，片在第一面上具有印刷图像，片固定在黑色表面上，其中光源用剖面表示；
图4表示用于测量未印刷片的“无限厚拍纸簿”的反射率的片的叠层或拍纸簿的分解透视图，其中光源用剖面表示；
图5A表示用于照射待测量片的光源配置的剖面图；
图5B表示照明组件的仰视平面图；
图6表示用于控制照度级的光检测器的放大图；
图7是说明本发明的整个方法的框图；
图8A和图8B表示说明调整样本照度级的方法的框图；
图9是图表，表示对照TAPPI标准T-425的方法产生的不透明值标绘的本发明方法的输出的相关性；以及
图10是表示适光滤光器的响应的图表。
具体实施方式
透背测量原理
当评估诸如纸或胶片的印刷基材的不透明度时，量化印刷页背面上的印刷图像的可见性是必要的。称为DuPontTM透背值TM或DSVTM的参数是印刷页背面上的印刷图像可见性的度量。DSVTM为零表示完全不透明的页，即片背面上的印刷内容的存在性是不可检测的。DSVTM为100表示该页完全透明或印刷的油墨已渗透该页。
能根据印刷DSVTM和未印刷DSVTM之间的差异来计算油墨渗透对印刷透背的影响(称为Strike-In)。
印刷DSVTM＝100(1-Ro’/Rinf)
未印刷DSVTM＝100(1-Ro/Rinf)
Strike-In＝印刷DSVTM-未印刷DSVTM
其中：
Ro-黑背衬上单个未印刷片的反射率；
Ro’-黑背衬上照明面的相反面有印刷内容的单个印刷片的反射率；
Rinf-未印刷片的无限大拍纸簿的反射率。将无限大拍纸簿定义为足够厚的拍纸簿(或叠层)，使得增加厚度也不会改变反射率读数。
用于DSVTM的等式包含单个片反射率与基准反射率的比值的项，在这种情况下为Rinf。该项称为反差比并且是片的不透明度的度量。单个片反射率除以基准反射率从DSVTM读数中消去了表面反射率(也称为片亮度)的影响。从1.0中减去反差比，使读数随透背的增加而增加。没有透背的片给出零DSVTM读数。
设备
如图1所示，本发明的设备10包括平面对象成像组件12、也称为样本成像组件以及相关的计算机化图像处理器(或简单计算机)14。平面对象成像组件12(最好参见图2、3A、3B、4和5A)包括不透光外壳20(图5A)，其中安装有样本固定器30、照明组件40、CCD照相机50、多元透镜60以及光学滤光器组件70和可选择的适光滤光器组件80。
外壳20包括具有底壁22BW、侧壁22SW和内部分隔壁22W的通常为矩形的罩22E(最好参见图5A)，在该罩上面安装了顶部半球形圆顶22D(图3A、3B、4和5A)。样本固定器30包括通常为平面的夹紧装置32，用于将样本S平整地固定于外壳20的内部分隔壁22W中开口处的固定框架34上。弹簧36(图5A)使夹紧装置32顶着框架34。框架34定义样本平面P。如图3A、3B、4中所示，框架34具有与样本片S接触的黑色上表面34B。
如图5B所示，照射平面样本S的照明组件40包括安装在圆顶22D内部的光源42的环形阵列42A。如图5A所示，光源42(优选为发光二极管)正好安装在内部分隔壁22W上方，即在半球的赤道位置。圆顶22D的半球形的内表面22S涂有白色漫反射涂层。
图5B表示靠近极孔的半球内表面的一部分22B具有基本不反射的区域，使得来自样本片S的镜面反射不被成像组件成像。该部分22B的形状对应于所成像的样本片区域的形状。该特征确保只有漫反射光才被照相机50成像。在分析具有光滑表面的平面对象时，这变得特别重要，因为来自这种光滑表面的镜面反射可能引起图像中的非自然信号并降低透背测量的精确性。
多个发光二极管42位于样本S的平面P的上方并且在靠近半球形圆顶22D的周边的环形区域内绕样本S的中心C对称地布置成环形阵列42A。环形区域通常从半球形圆顶22D的直径的大约70％延伸到大约90％。图5B描绘典型环形阵列42A的若干部分。如图1所示，发光二极管42被分为N组，42-1到42-N，通常是24组，每组5个LED，总共是120个LED。适合的LED由Nichia制造并作为零件号NSPW 500-BS出售。每组都使用限流电阻以串联方式有线连接。然后每一组与其它组以并联方式有线连接，并连接到诸如电流源的光级控制器44。
在照明组件40投入使用之前，执行电压检查测试。将LED连线在一起，然后施加低电压并进行调整，直到所有的灯开始开启。通常开启电压是11-12伏直流电压。如果少数灯在其它灯之前开启，则替换那些灯。这样就确保了所有的灯必须一致地开启并产生基本均匀的光级。已经找到适合的如上所述连线的商用照明组件，可从Rochester，VT的Advanced Illumination，Inc.获得。
如图1所示，由来自计算机14中I/O卡120的控制信号和光检测器组件48A控制光级控制器44，光检测器组件48A可包括一个或多个对称排列的光检测器单元48(最好参见图5A和5B)，例如来自Camarillo，CA.的Advanced Photonix，Inc.的光检测器。图5B表示具有四个光检测器单元48的光检测器组件48A，但是可采用任何预期数目的单元48。光检测器单元48监控从表面22S漫反射的光(箭头204)并向光级控制器44提供反馈信号以产生精确的照度级(参见图6)。应该理解，入射到每个光检测器单元48上的一小部分光已经从样本S反射并从表面22S反射了一次或多次。
半球形圆顶22D的内部分隔壁22W和内表面22S定义样本照明室26。样本照明室26的壁的内表面涂有诸如均匀白涂料的高反射率、漫反射材料，以便向样本S的表面提供均匀照度级。市场上销售的优选涂料名为Duraflect，一种专利防水和耐用白色反射涂料，该涂料具有94-96％的在600纳米nm)波长的反射率和有效光谱范围：350-1200nm，可从North Sutton，NH的Labsphere，Inc.获得。
圆顶22D在顶部(例如，在极位置)有开口以容纳照相机50。照相机50、多元透镜60和滤光器组件70、80安装在圆顶的顶部，使得多元透镜60把样本平面P的图像投射到照相机50内部的CCD光检测器阵列52上。根据透镜的焦距，将透镜60安装在样本平面P上方固定距离处。合适的透镜是Schneider XNP 1.4/23-0302，CM-120，23mm焦距，f1.4，可从Schneider Optics Inc.，Hauppauge，NY 11788作为零件号21-010425获得，透镜被安装在样本平面P上方大约16厘米(6.325英寸)处。
光学滤光器组件70包括安装在透镜60和照相机50前面的商用雾滤光器，主要用于机械保护透镜60。滤光器组件80可用于控制系统的光谱响应，使得图像分析方法利用预定光谱区中的信息，以便匹配人眼的光谱响应。已找到用于满足这种目的从Westford，MA的Barr Associates可得到的零件号为#0401-3030B的滤光器。该滤光器80通常安装在透镜60和CCD照相机50之间。滤光器80分别具有大于95％的最大透射、555nm+/-5nm的中心波长以及510nm(+/-5nm)和610nm(+/-5nm)的半功率点，得到近似于人眼的响应的系统光谱响应。
诸如KP-M1A型摄像机的照相机50可从Woodbury，NY的HitachiDenshi America，Ltd.获得，该照相机具有相关的照相机电源56。照相机50包括CCD光检测器阵列52和相关的控制和接口电子器件54，与定位的CCD光检测器阵列52垂直地安装，使得通过透镜60将样本平面P成像到CCD光检测器上。通常将多元透镜60的孔径设置在大约f/8。通常样本S上大约7厘米乘5厘米(2.8英寸×2.0英寸)的视场被成像。
照相机50产生的视频图像通过电缆16传输到计算机化图像处理器14。视频电缆可能是带有直角连接器的2米长的照相机电缆，可从Visics Corporation，Wellesley，MA作为零件号VCSL2-2.0-P获得。计算机化图像处理器14可包括Broadax Systems，Inc.(BSI)型号PCATXN9-154、15.4”TFT 1280×1024SXGA便携式计算机。
该计算机包括诸如具有模拟数字视频信号转换器的15.4英寸TFT1280×1024LCD显示屏的显示装置D、带有触摸垫的集成键盘、内置扬声器、300瓦ATX电源、两个5.25”垂直驱动器机架、两个3.5”水平开放驱动器机架、一个隐藏的3.5”驱动器机架、具有可伸缩手柄的有轮装载包。标准配置包含ATX主板、1.8GHzCPU、包括128MB SDRAM的随机存取存储器(RAM)14R、包括EIDE40.0十亿字节(GB)硬盘驱动器的磁存储装置14M、1.44MB软盘驱动器、48X EIDE CD-ROM驱动器以及包括具有Asus GeForce4MX440-8X V9180Magic 64MB DDR TVOUT转换板的图形模块G。
还包括局域网模块LAN(包括3COM#3C905-TX 10/100BTLAN(PCI))和诸如Microsoft的Windows 2000
Figure C20048000946700142
的操作系统软件。外围装置包括National Instruments Corp.型号PCI 1409多通道单色帧捕捉器100(National零件号778200-1)、型号PCI 6503数字I/O卡120(National零件号777690-1)以及诸如用于
Figure C20048000946700151
的IMAQVision(零件号778044-1)的相关软件。
为了说明的清晰，图3A、3B和4中示出了两种类型的光线。从光源发射的光线或入射到样本片上的光线表示为具有空心轮廓的箭头的箭。在任何给定点，仅示出3个或4个箭。从样本片反射的箭头被示为具有实心轮廓箭头的箭。图3A表示从第二面照射的未印刷样本片S的分解透视图，该片被固定在黑色表面34B上。为了清晰，图3A是分解的，但是通过观察剖面图图5A可意识到，样本片S直接接触黑色表面34B。剖面图中示出了照明圆顶22D和光源42。箭202表示从光源42发射的光线。在从圆顶22D的内表面22S漫反射之后，光到达样本片，如箭206所示。样本片表面反射的光线由箭208所示。
图3B示出从第二面照射的印刷样本片Sp的分解透视图，片在第一面具有印刷图像(反向描绘的单词“IMAGE”)，样本片Sp固定在黑色表面34B上。剖面图中示出了照明圆顶22D和光源42。箭202表示从光源42发射的光线。在从圆顶22D的内表面22S漫反射之后，光到达片，如箭206所示。由箭210描绘印刷图像区域以外的样本片Sp的表面所反射的光。由箭212描绘印刷图像区域以内的样本片Sp的表面所反射的光。
图4表示用于测量未印刷片的“无限大拍纸簿”的反射率的未印刷片S-S组成的叠层或拍纸簿的分解透视图。以剖面图表示照明圆顶22D和光源42。箭202表示从光源42发射的光。在从圆顶22D的内表面22S漫反射之后，光到达叠层S-S的顶部片的表面，如箭206所示。由箭214描绘叠层S-S的表面反射的光。
由帧捕捉器100中的8位(256灰度级)模数(A/D)转换器数字化视频图像(通常测量640像素宽乘480像素高)并将其存储在适合的存储装置中。把在0伏(熄灭脉冲电平)和0.714伏之间的照相机电压电平数字化到0和255之间的灰度级。
暗信号校正
仅当考虑到暗信号和测量真正图像信号时，本发明所用的测量参数会基本上独立于光级。
因此，用于校正暗信号的过程如下：
通过遮住照相机镜头或关闭光源来对暗信号取样。将暗信号图像(具有适合的帧平均)存储在与随后的基准对象或样本图像相同大小和格式的存储缓冲器中。
在将每个样本图像数字化之后，逐个像素地从基准对象图像或样本图像的像素值中减去存储缓冲器中暗信号图像的像素值。
照度级的控制
如图7和图8A及图8B所示，对计算机化图像处理器14编程以精确控制照射基准对象和样本片S的光级。利用具有设置为初始输出级的光源的照明组件40照射基准对象的表面。首先通过将从基准对象表面反射的光成像在光检测器阵列上来创建表示图像的电信号，从而创建基准对象表面的数字化帧平均图像。对电信号进行数字化和帧平均预定次数，将图像的帧平均表示存储在图像处理器存储器14R中。确定图像中的平均灰度级并调整基准对象的照度级，直到图像的平均灰度级达到预期的级别，通常接近模数转换器的动态范围的上限。
如图8A和8B所示，为加速一组样本的测量(每组具有相关的基准对象)，通过最初将光源输出级别设置到前一个基准对象所用的级别来设置初始照度级。首先使用对分查找法执行照明调整步骤，以便将光源输出级别设置在光级预定范围之内。如果未达到基准对象图像的预期平均灰度级，则使用对分查找法执行照明调整步骤，以便将光源输出级别设置在光级的全部范围内。
分析方法
使用选定A/D电压的全电压范围，关闭照明系统，使得没有光到达CCD阵列。将照相机中的光检测器阵列在无光情况下产生的图像(通常所说的“暗响应”或“暗电流”图像)数字化预定次数(通常64或128次)，然后帧平均。也就是说，每个图像中对应的图像元素或像素相加，然后除以数字化图像的数量，以产生表示CCD阵列及其相关电子器件的平均暗电流响应的图像。这里所谓的“平均暗电流”图像存储在诸如RAM的存储器14R中或磁存储介质14M中，供随后使用。
将平均暗电流图像存储在存储器中，并随后从每个样本图像减去平均暗电流图像，以校正样本图像中的每个像素。
对于纸的每一种类型，即每一组样本，未印刷片的“无限大叠层”用于建立预定照度级。(参见图4)。自动设置该照度级，所以用于片的“无限大叠层”的到A/D转换器的照相机输出电压是这样的，使得图像中的平均灰度级在预定范围内，例如，范围为200+/-1。或者，可调整照度级以提供最高的可能平均灰度级，而没有用于每种白基准的照相机饱和度。计算机14的数字I/O卡120向光级控制器44提供控制信号。光检测器组件48A检测照度级，并且光检测器信号被馈给光级控制器44并且与控制信号进行比较以自动控制照度级。
所谓的“无限大叠层”作为基准对象，通过计算每个对应像素的比值来将随后获得的样本图像与基准对象进行比较。“无限大叠层”的每个图像被帧平均预定次数(通常64次)，然后逐个像素地从其中减去暗电流帧平均图像，以产生“基准对象的暗电流校正后的校准图像”。
感兴趣区域
本发明的系统也具有将样本的测量限制在视野内的感兴趣区域(ROI)的能力。由用户通过对光标框的放置来交互式地指定ROI，光标框叠加显示在样本图像上，通过按压图像处理器14的终端输入装置上的适当键来移动和指定光标框的大小。在标准分析方法中，测量完整的图像。
设备的操作
图7示出了设备的全部操作。用户指定要测量的组中的样本(也称为复制品)的数量。在执行第一个样本的测量之前，提示用户将基准对象(通常所说的白基准)插入仪器。白基准是与样本纸相同类型的未印刷纸的叠层。设置照度，使得白基准图像中的平均灰度级在预定级，假定为200。为一组样本中的所有样本固定一次这个照度。存储实现该照度级要求的光控制电路参数，用于与该白基准相关联的所有样本。使用帧平均获得在该照度级的白基准的图像。逐个像素地从白基准图像减去先前获得的暗基准图像以创建基准对象的暗电流校正后的校准图像。
当分析每个复制品样本时，通过使用存储的光控制电路参数将照度级保持在白基准使用的级别上。使用帧平均来获得在该照度级上的样本图像。逐个像素地从样本图像中减去先前获得的暗基准图像来创建校正后的样本图像。然后，对于每个像素，计算校正后的样本灰度级与校正后的白基准灰度级的比值。然后对所有像素求这些灰度级比值的平均值以计算平均灰度级比值R。如前所述，用于未印刷片的比值R等于Ro/Rinf，而用于印刷片的比值R′等于R′o/Rinf。未印刷片DuPontTM透背值TM、即DSVTM等于100*(1-R)并且印刷片DuPontTM透背值TM、即DSVTM等于100*(1-R′)。
如图5B所示，光检测器组件48A位于半球形反射器22D的内部并且与电子电路连接以控制照明处于恒定级。从光检测器组件48A到光级控制器44的该光学反馈确保一旦进行了特定设置，则对组中所有的样本能够高精度地保持照度级，并确保以高精度返回相同照度级的能力。这防止会不利地影响透背测量的照度级的漂移。
在一个实施例中，可将本文的发明构造为不包括没有实质影响组成或过程的基本和新颖特征的任何元件或过程步骤，另外，也可将本发明构造为不包括本文没有说明的任何元件或过程步骤。
实例
本发明的方法用于表征一组涂有木浆的纸样本。使用6家不同造纸厂供应的纸进行两月一次的印刷试验。在相同的一套印刷设备上印刷样本。将相同的图像印刷在所有六种来源的纸上，用于每月一次的生产运行以便于纸质量的比较。
为量化印刷图像的透背，在样本要测量面的反面印刷黑色图像。要测量的面没有印刷图像(即，这面看上去是白色的)。图9中的每一条趋势线表示一种印刷试验或一个月的数据。这些趋势线变化，但看起来通常是一致的。
图9的图表说明不透明度(TAPPI T-425方法)和本发明的过程确定的DuPont印刷透背值(DSVTM)之间的关系，该关系由表格1中的数据产生。DSVTM和不透明度之间的相关性不是很高，因为计算不同并且对于DSVTM所测试的区域大小比对于下面讨论的T-425方法所测试的区域大小要大得多。本发明的方法捕获大约7厘米乘5厘米(2.58英寸乘2.0英寸)的矩形区域的图像，但是工业标准不透明度测量T-425使用9.53毫米(0.375英寸)圆孔进行单个测量。因此本发明测量的区域几乎是标准T-425不透明度测量的50倍。
表格1
Figure C20048000946700191
Figure C20048000946700201
在表1中，测量的第一组的六个值在图9中以正方形符号表示，测量的下一组的六个值在图9中以三角形符号表示并且测量的最后一组的六个值在图9中以圆形符号表示。
不透明度的测量是根据纸浆和造纸工业技术协会(TAPPI)标准T-425 om 01，标题为“Opacity of Paper(15/d Geometry，Illuminant A/2Degrees，89％Reflectance Backing and Paper Backing)”：“样本开口应该是直径为14.8+/-0.25mm(0.584+/-0.010英寸)的圆。照明区域应该是直径为9.53+/-0.38mm(.375+/-0.015英寸)、以样本开口为中心的圆。”表格1中报告的实验测量结果中，不透明度被测量三次并且所报告的值表示这三次测量结果的平均值。
图10表示本发明的光谱响应的图表(照相机传感器、传感器(CCD阵列部分)的红外削减滤光器和绿滤光器)。选择绿滤光器使得总的仪器光谱响应紧密匹配于白昼视觉响应，即人眼的响应。因此，使用本发明进行的测量会与人类观察者的观察很好地相关。
本发明的说明性优选实施例的描述不是要限制本发明的范围。可采用各种修改、备选结构和等效物而不背离所附权利要求的真正精神和范围。

Claims (18)

1. 一种用于当照射和观察片的第二面时测量所述片的第一面上的印刷图像的可见程度的方法，所述方法包括：
a)通过以初始照度级照射不包含图像的基准对象来创建所述基准对象的校准图像；
b)确定所述基准对象的平均灰度级，并调整所述照度级以实现预定的平均灰度级；
c)以与用于创建所述校准图像的照度级相同的初始照度级照射所述片并创建所述片的图像；
d)测量所述片的所述图像的像素亮度与所述校准图像的对应像素亮度的各个比值；以及
e)计算所述像素亮度的比值的平均值。
2. 一种图像分析方法，用于通过利用透镜和光检测器阵列来测量具有反射正面的基本平面样本对象正面的光学反射率，表征所述样本对象反面上的印刷图像的透背，所述方法包括：
(a)创建帧平均暗电流图像，该图像表示在无光的情况下所述光检测器阵列的响应；
(b)用漫射光源均匀照射基准对象的正面，所述基准对象在其反面没有图像，并创建所述基准对象的校准图像，包括以下步骤：
(1)用所述漫射光源照射所述基准对象的正面，所述光源的输出被设定为初始照度输出级；
(2)创建所述基准对象正面的帧平均图像；
(3)确定步骤(b)(2)中创建的所述基准对象图像中的平均灰度级；
(4)通过调整所述光源的输出并重复步骤(2)和(3)，直到所述基准对象正面反射的平均光级导致步骤(2)的所述图像中的平均灰度级在模数转换器的动态范围内的预定值的预定范围之内，来调整所述照度输出级，从而建立预定照度级；
(5)创建所述基准对象正面的帧平均基准图像；
(6)通过逐个像素地从步骤(5)的所述帧平均基准图像中减去步骤(a)的所述帧平均暗电流图像，来创建所述基准对象的暗电流校正后的校准图像，并将结果图像存储在存储器中；
(c)用预定照度级的所述漫射光源均匀照射反面上有印刷图像的样本对象的正面；
(d)创建所述样本对象正面的帧平均图像；
(e)通过逐个像素地从步骤(d)的所述帧平均图像中减去步骤(a)的所述帧平均暗电流图像，来创建所述样本对象正面的暗电流校正后的图像，并将结果图像存储在存储器中；以及
(f)通过逐个像素地计算步骤(e)的所述图像与步骤(b)(6)的所述图像的比值来分析所述暗电流校正后的帧平均图像以量化透背。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，创建所述基准对象正面的帧平均图像的所述步骤(b)(2)和创建所述样本对象正面的所述帧平均图像的步骤(d)均包括以下步骤：
(1)将从所述正面反射的光成像到光检测器阵列上，以创建表示所述图像的电信号；
(2)使用模数转换器对所述电信号进行数字化；
(3)对所述电信号进行帧平均预定次数；以及
(4)将所述图像的帧平均的数字化表示作为图像元素的阵列存储在存储器中。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分析步骤(f)包括以下步骤：
(1)逐个像素地计算步骤(e)的所述图像与步骤(b)(6)的所述图像的比值；
(2)计算所述像素的所述比值的平均值；以及
(3)从值1.0减去所述平均值以创建透背的定量表示。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括与所述透镜和所述光检测器阵列结合的光学滤光器，使得所述组合的整体光谱响应是这样的，即所述图像分析方法利用预定光谱区中的信息。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括位于所述透镜和所述光检测器阵列之间的所述光学滤光器，使得所述组合的整体光谱响应是这样的，即所述图像分析方法利用近似人眼的白昼视觉响应的光谱区中的信息。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在光级的预定范围内使用对分查找法执行所述照明调整步骤(b)(4)。
8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在光级的全部范围内使用对分查找法执行所述照明调整步骤(b)(4)。
9. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在执行步骤(b)到(f)之前，选定视野内的感兴趣区域。
10. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基准对象由多个对象组成，每个对象的反面没有图像，一个对象层叠在另一个对象上，使得叠层中对象数目的改变不会导致所述基准对象的图像中的平均灰度级的可测量差异。
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基准对象由多个纸张组成。
12. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述样本对象是纸张。
13. 一种用于当照射并观察基本平面样本对象的第二面时测量所述基本平面样本对象的第一面上的印刷图像的可见程度的设备，所述设备包括：
a)不透光外壳，其中包含样本对象支架、用于漫射照射样本对象的照明组件以及成像组件；
b)计算机化图像处理组件，用于控制由照明组件创建的样本对象的照度级并用于接收成像组件创建的图像并分析那些图像，其中：
(1)所述样本对象支架包括用于把要测量的样本对象固定于预定平面的支撑框架和支撑压板，
(2)所述照明组件包括：
(i)半球形反射器，位于样本支架附近，使得预定的样本平面与半球的赤道面相对应，半球具有漫反射内表面和用于安装成像组件的极孔；
(ii)光源的环形阵列，位于赤道面上方并被设置用于照射半球的漫反射内表面；
(iii)光检测器，位于光源阵列附近并且要用来检测从半球内表面漫反射的光级；
(3)所述成像组件包括：
(i)透镜；
(ii)光检测器阵列，透镜将对象的图像聚焦在光检测器阵列上，阵列中的每个光检测器创建表示从对象正面反射的光的电信号，光检测器阵列连接到计算机化图像处理组件。
14. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，每个光源包括白色发光二极管。
15. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，还包括与所述透镜和所述光检测器阵列组合的光学滤光器，所述滤光器具有光谱响应，使得所述设备的整体光谱响应是预定的光谱响应。
16. 如权利要求15所述的设备，其特征在于，还包括位于所述透镜和所述光检测器阵列之间的光学滤光器，使得所述设备的整体光谱响应近似于人眼的白昼视觉响应。
17. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述半球的内表面具有在所述极孔附近的基本不反射的区域，使得所述成像组件不对来自所述对象的镜面反射进行成像。
18. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述半球的内表面具有在所述极孔附近对应于所成像的样本对象的区域的基本不反射的区域。
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