CN101093198A - 卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法，该方法按色标搜索区域的初步定位、寻找色标区域与色标点、确定色标的详细信息与检标标记、快速检标分幅和分幅误差分析五大步骤实施。本发明利用检测印刷工艺特征中的色标，设计了一种不受机械性能影响、不存在累积误差、且能准确、快速对图像进行分幅的新方法。采用本发明的分幅方法，能克服现有技术在升速、降速、张力变化、长距离无分幅校正时，对印刷缺陷检测系统的不利影响，实现印刷缺陷检测系统分幅的快速和准确。

Description

卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法

技术领域

本发明属于包装印刷质量检测技术领域，涉及一种卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法。

背景技术

随着印刷设备的印刷速度不断提高，从原来的每分钟几十米提高到每分钟几百米；同时，各企业对印刷包装质量的要求越来越高。传统的人工检测不管从速度还是品质上，已不能满足现代化生产的需要。为解决这一难题，人们引入机器视觉的方法对印刷品进行质量检测，国外已出品各种印刷品质量检测系统，如：德国机器视觉专家生产的vision expert 4000、vision expert3000；日本东机美生产的Print-CAP系列；日本NIERCO公司生产的BC0N2000、PSI-2000。这些设备对机械性能如：张力、机械振动等要求比较高，同时产品误检率特别高。分析其原因是：机器视觉印刷缺陷检测的关键技术是图像的分幅对位，这些设备对图像分幅处理采用幅长等幅裁切或者光标传感器检测标记，它们不但无法消除机械性能、机器升降速对图像分幅的影响，而且无法消除分幅累积误差。

发明内容

本发明的目的是，提供一种卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法，解决现有技术进行分幅无法消除机械性能、机器升降速对图像分幅的影响较大、无法消除分幅累积误差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法，该方法按以下步骤实施，

A、色标搜索区域的初步定位，

B、寻找色标区域与色标点，

C、确定色标的详细信息与检标标记，

D、快速检标分幅，

E、分幅误差分析，即完成对图像的分幅。

所述步骤A是采用以下步骤进行，

a1、截取图像

截取的图像长度应大于两倍版周长，

i：代表行数                  0≤i≤m-1

j：代表每行像素个数(列数)    0≤j≤n-1

a2、对

纵向投影并求其平均

其中，

第j列的平均值  m：图像行数，

a3、求 的阀值

f_阀：阀值n：图像的列数，

a4、确定色标区域左右边界

从左到右寻找 的下降沿，在下降沿处，若

则认为此列为印刷品的左边界；同理，从右到左寻找 的下降沿，在下降沿处，若

则认为此列为印刷品的右边界。

所述步骤B是采用以下步骤进行，

从图像的左右边界往两边搜索来找到色标区域，

b1、裁切，

以图像的一个边界为起点，裁切宽度为W＝色标长度÷横向像素分辨率，裁切长度为V＝(印刷品版周长÷纵向像素分辨率)×2.1，

b2、投影，

对裁切的新的图像进行横向投影，获取一维投影函数f’(i)，

b3、寻找侯选色标点，

在下降区：

若

则i为下降点，依次搜索相邻所有下降点并存储下降点数和位置，第一个下降点即是候选色标的一边缘，

在平坦区：

若

则i为平坦点，

在上升区：

若

则i-1为上升点，依次搜索所有上升点并储存上升点数和位置，最后一个上升点即是候选色标的另一边缘，

b4、在上述步骤b3中，若未能发现候选色标点，重复上述步骤b1～步骤b3，将裁切位置右移裁切宽度的一半，

b5、判定色标

对候选色标点按以下原则判定找出真正色标点：

b5.1：色标高度≤色标物理高度÷CCD纵向分辨率+3，

对梯形和三角形色标以快速下降行数乘2作为其宽度，

b5.2：满足条件B5.1的相邻候选色标点之间的间距是，

色标间距÷CCD纵向分辨率的1～3倍±3，

从第一个候选色标点开始，在色标间距÷CCD纵向分辨率的3倍+6的范围内搜索，找不到满足此条件的后续候选色标点，则此候选色标点不是色标应排除；

当找到满足上述条件的候选色标点时，此两个点称作疑似色标点，应从第二个疑似色标点继续开始查找，直至找不到疑似色标点为止，这时找出疑似色标点的个数以及位置，这些疑似色标点称作疑似色标组；

若找不到疑似色标组，或者满足上面条件的疑似色标点的组合时，回到步骤b1重新执行，将裁切位置右移30列，

b5.3：继续上述搜索，找出另外一组疑似色标组，将两组疑似色标组进行比较，若两组完全匹配时，检查相邻疑似色标组对应色标之间距是否等于版周长±8，若是，找到的疑似色标点是色标，则两组长度一样，剔除两组疑似色标组中无对应疑似色标点的疑似色标，剩下的即是色标，

若上述操作无满足条件的色标组，回到步骤b1重新执行，将裁切位置右移30列。

所述步骤C是采用以下步骤进行，

根据上步确定的色标组的起始行和终止行，对步骤B中找到色标的裁切图进行二次裁切，裁切方式是：列不变，起始行-5，终止行+5，形成一幅新图，

c1、对上步得到的新的裁切图作纵向投影，其投影结果只有三种情况：色标偏右，、色标偏左或色标正好在裁切区域的中间，

通过步骤B的查找，对条形色标，从“色标偏右”找到色标的左端点；“色标偏左”找到色标的右端点；“色标居中”认为裁切位置为色标的实际位置，

对梯形或三角形色标，对“色标偏右”时找到色标的左端点，对“色标偏左”和“色标居中”的情况，对裁切图向左移0.25×(色标长度÷横向像素分辨率)列得到新的裁切图，对其纵向投影，找出其左端点，

对大头在右侧的梯形或三角形色标，找出右端点，处理方式同上，根据找出的端点、色标宽度、纵向分辨率计算出另外一个端点及色标的宽度，

c2、根据端点、宽度、两组色标的起始与终止位置，按步骤b1的方式进行裁切，根据对应色标计算版周长，求版周长的平均值，找出色标中灰度变化最明显的色标作为以后的分幅色标。

所述步骤D是采用以下步骤进行，

根据上步得到的色标的信息，再对采集图像的色标区域进行裁切，再进行横向投影，找出分幅色标的极值点，就是分幅位置。

所述步骤E是采用以下步骤进行，

对于形型色标造成的分幅误差，当色标横向投影函数平坦区域点数为偶数时，取中间两点的哪一点作分幅行所引起的误差，其误差为±1/2行；对于梯形和三角形色标造成的分幅误差，当色标横向投影函数快速下降点数为偶数时，取中间两点的哪一点作分幅行所引起的误差，其误差为±1/2行。

本发明的有益效果是，解决了现有印刷缺陷检测装置无法消除机械性能、机器升降速对图像分幅的影响，消除了分幅累积误差的问题。

附图说明

图1是线阵CCD采集的条形色标样本示意图；

图2是线阵CCD采集的梯形色标样本示意图；

图3是新图像横向投影示意图；

图4是裁切的色标示意图；

图5是条形色标投影示意图；

图6是梯形或三角形色标投影示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图像分幅是图像处理的基础，图像分幅的准确与否对图像处理的正确与处理的难易程度起决定性的作用。图像分幅要解决两个方面的问题：第一是图像分幅的参考标志，也就是周期性重复的标志：从印刷机制看，为准确套印与方便准确对版，每一色版棍都有色标标记(见图1左边)，对印刷品来说，相同色标之间一定是目标印刷品的整数幅且长度固定(见图1细线标记)，所以我们把色标作分幅标记是合理的。第二是分幅准确与快速：合理的分幅方法决定分幅的速度；合适的分割门限决定分幅的准确性。

另外，根据现有的印刷标准，采用的色标形状只有三种：①、条形色标：如图1所示；②、梯形色标：如图2所示；③、三角形色标：它与梯形色标相似；对于非标准的色标，只要提取其特征，本发明也适用。

从这两个方面，对本发明的图像分幅方法作一详细描述：

定义：对于二维图像我们可以用f(i，j)来表示每个像素的像素值，其中：

i：代表行数                  0≤i≤m-1

j：代表每行像素个数(列数)    0≤j≤n-1

m×n的矩阵就是一幅图像的大小。对于彩色图像相当于三幅灰度图像。

A、色标搜索区域的初步定位，

从印刷品的特点看，套印色标有横排与竖排两种，在此我们重点论述色标竖排的情况。对于套印色标横排只是图像裁切时从上到下进行，其它类同。竖排色标都是放在印品的两边，根据此特点，可采用纵向投影快速确定色标所在区域。定位方式如下：

a1、截取图像

截取的图像长度应大于两倍版周长(版周长×2.1)，

a2、对

纵向投影并求其平均

第j列的平均值  m：图像行数

a3、求 的阀值

f_阀：阀值n：图像的列数

a4、确定色标区域左右边界

从左到右寻找

的下降沿，在下降沿处，若

则可认为此列为印刷品的左边界。同理，从右到左寻找

的下降沿，在下降沿处，若

则可认为此列为印刷品的右边界。

注：左右边界对有些印刷图案有可能判断不准确，它不会把色标区域当图像区域，同时它只是作为一种定性参考标准。

B、寻找色标区域与色标点

从印刷品特点看，色标只可能在图像区域的左右边界，我们只要从图像的左右边界往两边搜索就可以找到色标区域，下面是按色标在图像区域的右边界进行搜索。

b1、裁切

我们以图像的右边界为起点，裁切宽度为W＝色标长度÷横向像素分辨率。裁切长度为V＝(印刷品版周长÷纵向像素分辨率)×2.1。这样一来构成一幅新的图像。

b2、投影

如图3所示，对裁切的新的图像(假定宽度为W像素)进行横向投影，可获取一维投影函数f’(i)。

b3、寻找侯选色标点(侯选色标点：可能是色标的点)

对于条形色标，若色标落在本区域，它一定是f’(i)的极值点且投影值经历先下降、平坦区(可能不存在)、再上升的过程；对于三角形与梯形色标，它虽是f’(i)的极值点但只经历缓慢下降快速上升或快速下降缓慢上升的过程。

下降区

若

则i为下降点，依次搜索相邻所有下降点并存储下降点数和位置

第一个下降点即是候选色标的一边缘

平坦区

若

则i为平坦点

上升区

若

则i-1为上升点，依次搜索所有上升点并储存上升点数和位置，最后一个上升点即是候选色标的另一边缘。

注：通过上述查找可以得出候选色标点的位置与高度。

注：根据色标灰度变化的特性，可以确定色标是条形还是梯形或三角形(梯形和三角形归为一类)。对于梯形和三角形可以判定出宽边朝上还是朝下，在此作出标记。

b4、在上述步骤b3中，若未能发现候选色标点，重复上述步骤b1～步骤b3，只是裁切位置右移裁切宽度的一半(W/2)。

b5、判定色标

对候选色标点按以下原则判定找出真正色标点：

b5.1：色标高度(单位：行数)≤色标物理高度÷CCD纵向分辨率+3

注：对梯形和三角形色标以快速下降行数乘2作为其宽度。

b5.2：满足条件b5.1的相邻候选色标点之间的间距(单位：行数)是：

色标间距÷CCD纵向分辨率的1～3倍±3。

从第一个候选色标点开始，在色标间距÷CCD纵向分辨率的3倍+6的范围内搜索，找不到满足此条件的后续候选色标点，则此候选色标点不是色标应排除。当找到满足上述条件的候选色标点(两个点：称作疑似色标点)时，应从第二个疑似色标点继续开始查找，直至找不到疑似色标点为止。这时，可以找出疑似色标点的个数以及位置(这些疑似色标点称作疑似色标组)。若找不到疑似色标组(满足上面条件的疑似色标点的组合)，回到步骤b1重新执行，只是裁切位置右移30列。

b5.3：继续上述搜索，找出另外一组疑似色标组。将两组疑似色标组进行比较，若两组完全匹配时，检查相邻疑似色标组对应色标之间距是否等于版周长±8；若是找到的疑似色标点是色标；则两组长度一样。剔除两组疑似色标组中无对应疑似色标点的疑似色标，剩下的即是色标。若上述操作无满足条件的色标组，回到步骤b1重新执行，只是裁切位置右移30列。

如图4所示，为通过上面的方法裁切的色标图形。

C、确定色标的详细信息与检标标记。

通过上述步骤B的处理，我们知道色标组的大概起始行和终止行，对上述步骤B中找到色标的裁切图进行二次裁切。裁切方式是：列不变，起始行-5，终止行+5，形成一幅新图。

c1、对新的裁切图作纵向投影，其投影结果只有三种情况：色标偏右，色标偏左，色标正好在裁切区域的中间。

如图5所示，对于条形色标三种情况的投影结果其灰度梯度变化迅速，在两三个像素内达平稳值。

如图6所示，对于梯形或三角形色标三种情况的投影结果，其灰度梯度变化比较缓慢，在整个色标范围内都在变化，当遇到大头时才有急剧下降或急剧上升(图示大头在左边)，采用横向投影急剧变化的中心点分幅。

通过上述步骤B的查找，我们已知道色标形状，对条形色标，从图5中“色标偏右”可以找到色标的左端点；“色标偏左”可以找到色标的右端点；“色标居中”可以认为裁切位置为色标的实际位置。对梯形或三角形色标，只有在图5中“色标偏右”的情况下，才可以找到色标的左端点；对“色标偏左”和“色标居中”的情况，必须对裁切图向左移0.25×(色标长度÷横向像素分辨率)列得到新的裁切图，对其纵向投影，找出其左端点。对大头在右的梯形或三角形色标，必须找出右端点，处理方式同上。根据找出的端点、色标宽度、纵向分辨率可以计算出另外一个端点及色标的宽度。

c2、根据端点、宽度、两组色标的起始与终止位置，按步骤b1的方式进行裁切，根据对应色标计算版周长，求版周长的平均值。找出色标中灰度变化最明显的色标作为以后的分幅色标。

D、快速检标分幅

通过上面步骤C的计算，我们已知道色标的所有信息，后续检标分幅只要对采集图像的色标区域进行裁切，再进行横向投影，找出分幅色标的极值点就是分幅位置，这样就实现了快速准确分幅。

E、分幅误差分析

对于条形色标造成分幅误差的原因是：当色标横向投影函数平坦区域点数为偶数时，取中间两点的哪一点(真正的极值点应是两点的中间)作分幅行所引起的误差，其误差为±1/2行。对于梯形和三角形色标造成分幅误差的原因是：当色标横向投影函数快速下降点数为偶数时，取中间两点的哪一点(真正的最佳分幅点应是两点的中间)作分幅行所引起的误差，其误差为±1/2行。

将本发明的分幅方法与另外两种不同的印刷缺陷检测系统分幅方法，在同一台复卷机上对图像按照采集分辨率(横向：0.2mm；纵向：0.4mm)，进行升速、降速、张力变化、长距离无分幅校正(检测累积误差)比对实验，结果如表一：

其中：vision expert 4000(采用专用标识识别传感器)；BC0N2000(采用幅长等幅裁切分幅)；KSZJ3000(采用本发明分幅方法)。

从本实施例可以看出，采用本发明的分幅方法能克服机器升速、降速、张力变化、长距离无分幅校正对印刷缺陷检测系统的影响，实现印刷缺陷检测系统分幅的快速和准确。

Claims (6)

1.一种卷筒包装印刷缺陷检测图像分幅的方法，其特征在于：该方法按以下步骤实施，

A、色标搜索区域的初步定位，

B、寻找色标区域与色标点，

C、确定色标的详细信息与检标标记，

D、快速检标分幅，

E、分幅误差分析，即完成对图像的分幅。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤A是采用以下步骤进行，

a1、截取图像

截取的图像长度应大于两倍版周长，

i：代表行数    0≤i≤m-1

j：代表每行像素个数(列数)    0≤j≤n-1

a2、对

纵向投影并求其平均

其中，

第j列的平均值  m：图像行数，

a3、求

的阀值

f阀：阀值 n：图像的列数，

a4、确定色标区域左右边界

从左到右寻找

的下降沿，在下降沿处，若

则认为此列为印刷品的左边界；同理，从右到左寻找

的下降沿，在下降沿处，若

则认为此列为印刷品的右边界。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤B是采用以下步骤进行，

从图像的左右边界往两边搜索来找到色标区域，

b1、裁切，

以图像的一个边界为起点，裁切宽度为W＝色标长度÷横向像素分辨率，裁切长度为V＝(印刷品版周长÷纵向像素分辨率)×2.1，

b2、投影，

对裁切的新的图像进行横向投影，获取一维投影函数f’(i)，

b3、寻找侯选色标点，

在下降区：

则i为下降点，依次搜索相邻所有下降点并存储下降点数和位置，

第一个下降点即是候选色标的一边缘，

在平坦区：

则i为平坦点，

在上升区：

则i-1为上升点，依次搜索所有上升点并储存上升点数和位置，最后一个上升点即是候选色标的另一边缘，

b4、在上述步骤b3中，若未能发现候选色标点，重复上述步骤b1～步骤b3，将裁切位置右移裁切宽度的一半，

b5、判定色标

对候选色标点按以下原则判定找出真正色标点：

b5.1：色标高度≤色标物理高度÷CCD纵向分辨率+3，

对梯形和三角形色标以快速下降行数乘2作为其宽度，

b5.2：满足条件B5.1的相邻候选色标点之间的间距是，

色标间距÷CCD纵向分辨率的1～3倍±3，

从第一个候选色标点开始，在色标间距÷CCD纵向分辨率的3倍+6的范围内搜索，找不到满足此条件的后续候选色标点，则此候选色标点不是色标应排除；

当找到满足上述条件的候选色标点时，此两个点称作疑似色标点，应从第二个疑似色标点继续开始查找，直至找不到疑似色标点为止，这时找出疑似色标点的个数以及位置，这些疑似色标点称作疑似色标组；

若找不到疑似色标组，或者满足上面条件的疑似色标点的组合时，回到步骤b1重新执行，将裁切位置右移30列，

b5.3：继续上述搜索，找出另外一组疑似色标组，将两组疑似色标组进行比较，若两组完全匹配时，检查相邻疑似色标组对应色标之间距是否等于版周长±8，若是，找到的疑似色标点是色标，则两组长度一样，剔除两组疑似色标组中无对应疑似色标点的疑似色标，剩下的即是色标，

若上述操作无满足条件的色标组，回到步骤b1重新执行，将裁切位置右移30列。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤C是采用以下步骤进行，

根据上步确定的色标组的起始行和终止行，对步骤B中找到色标的裁切图进行二次裁切，裁切方式是：列不变，起始行-5，终止行+5，形成一幅新图，

c1、对上步得到的新的裁切图作纵向投影，其投影结果只有三种情况：色标偏右，、色标偏左或色标正好在裁切区域的中间，

通过步骤B的查找，对条形色标，从“色标偏右”找到色标的左端点；“色标偏左”找到色标的右端点；“色标居中”认为裁切位置为色标的实际位置，

对梯形或三角形色标，对“色标偏右”时找到色标的左端点，对“色标偏左”和“色标居中”的情况，对裁切图向左移0.25×(色标长度÷横向像素分辨率)列得到新的裁切图，对其纵向投影，找出其左端点，

对大头在右侧的梯形或三角形色标，找出右端点，处理方式同上，根据找出的端点、色标宽度、纵向分辨率计算出另外一个端点及色标的宽度，

c2、根据端点、宽度、两组色标的起始与终止位置，按步骤b1的方式进行裁切，根据对应色标计算版周长，求版周长的平均值，找出色标中灰度变化最明显的色标作为以后的分幅色标。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤D是采用以下步骤进行，

根据上步得到的色标的信息，再对采集图像的色标区域进行裁切，再进行横向投影，找出分幅色标的极值点，就是分幅位置。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤E是采用以下步骤进行，

对于形型色标造成的分幅误差，当色标横向投影函数平坦区域点数为偶数时，取中间两点的哪一点作分幅行所引起的误差，其误差为±1/2行；对于梯形和三角形色标造成的分幅误差，当色标横向投影函数快速下降点数为偶数时，取中间两点的哪一点作分幅行所引起的误差，其误差为±1/2行。

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