CN101339145A - 基于ccd成像的镭射印刷质量检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统和方法，用于检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，该系统包括光学成像系统和图像处理系统，光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，光学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件。本发明利用CCD成像方式采集镭射印刷品的高质量图像，并通过图像处理系统处理，实现了印刷行业中目前最难解决的烫金、烫银、镭射等特殊工艺下的印刷产品质量的自动检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种特殊印刷工艺生产质量的自动检测，特别是一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统和方法。
背景技术
随着印刷行业客户市场不断增长以及产品价值提升等原因，人们对镭射等特殊印刷工艺的产品印刷质量越来越重视。由于这种特殊印刷产品具有对光高反射，以及不同角度成像不同等特点，目前只能依靠人工进行检测，由于个体差别和易于疲劳的原因，人工检测无法保证产品特征的一致性和产品质量的稳定性，利用机器视觉图像技术对印刷品进行自动检测已经成为印刷行业发展的必然。
对于常规工艺生产的普通漫反射特性的印刷品质量的检测，采用机器视觉图像检测技术已经较成熟。但是对于特殊印刷工艺生产的具有烫金、烫银、以及镭射等产品印刷质量的检测，由于产品对光照表现出强反射特性的原因，难以获得清晰稳定的图像，目前还没有成熟稳定的解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统和方法，解决了镭射印刷品表面反射率过强、难于稳定清晰成像的问题，成功地将机器视觉技术用于特殊印刷工艺的产品的自动化检测。
本发明的技术方案如下：
一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，包括光学成像系统和图像处理系统，其特征在于，所述光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，所述光学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，所述线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，所述安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件，所述安装调节部件为分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离的部件。
上述光学成像系统还包括产品运动部件，所述产品运动部件为将被检测产品输送至目标检测位置并使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动的部件。
上述光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；上述光学照明部件采用的光源为白光功率型LED光源。
上述安装调节部件为可六个维度调节线阵CCD相机的调节部件。
上述图像处理系统为与标准模板比对方式分析判定是否符合标准的图像处理系统。
一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据被检测产品的镭射印刷图像特点，分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离；
B、将被检测产品输送至目标检测位置；
C、使光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品；
D、采用线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，获得图像数据，所述夹角大于0度小于90度；
E、将步骤D获得的图像数据进行处理，得到产品印刷质量的检测结果。
执行完步骤E后，还执行如下步骤：
F、使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动，并返回步骤B。
步骤C所述的光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；所述光学照明部件采用的光源为白光功率型LED光源。
上述步骤E对图像数据进行处理是指将步骤D获得的图像数据与标准模板比对获得超差点，判定是否符合标准，以得到产品印刷质量的检测结果。
对上述超差点再进行多维度滤波、聚类和区域尺度分析，确定最终的印刷缺陷以判定是否符合标准，得到产品印刷质量的检测结果。
本发明的技术效果如下：
本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，其中，线阵CCD相机可以在极小的空间成像，降低对照明均匀性的要求，适合工业现场安装，光学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，使得该光学成像系统成为一种直射斜拍光学成像系统，该“直射斜拍”方式布置，能获得镭射、以及烫金、烫银等高反射特性的产品的高品质图像，安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件，便于分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的工作位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离，以获得清晰的图像。本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，解决了镭射印刷品表面反射率过强、难于稳定清晰成像的问题。
光学成像系统还包括产品运动部件，该产品运动部件为将被检测产品输送至目标检测位置并使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动的部件，从而实现对印刷产品的连续检测，以获得整个印刷产品的完整图像。
其中，光学照明部件选用具有漫射特性的光学照明部件，光学照明部件具有漫射特性，可以防止镭射表面形成过强的定向反射，从而极大地改善镭射印刷图案的成像特征。
光学照明部件采用的光源为高质量白光功率型LED光源，通过聚光准直、漫射设计，形成高均匀的漫射光束，具有散热好、半衰期长的优点。
安装调节部件为可以六个维度调节线阵CCD相机的调节部件，安装调节部件可以在六个维度上灵活调节线阵CCD相机，保证“直射斜拍”方式下，相机的工作距离和俯仰角度最佳。
本发明光学成像系统利用CCD成像方式采集镭射印刷品的高质量图像，并通过图像处理系统进行图像处理，与标准模板图像进行比较，分析并判定印刷出来的图像是否符合标准，实现对镭射特殊印刷工艺下的产品质量自动检测。
本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，在分别调节好线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离后，使光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品，然后采用线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，通过这种“直射斜拍”方式，能够解决镭射印刷品表面反射率过强、难于稳定清晰成像的问题，从而能获得镭射，以及烫金、烫银等高反射特性的产品的高品质图像。
本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统和方法可应用于特殊印刷工艺如镭射、烫金、烫银等工艺生产的印刷品表面质量自动检测，可以极大提高印刷产品质量和生产效率。
附图说明
图1为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的结构框图；
图2为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的光学成像系统的结构图；
图3为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法的流程图；
图4为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法图像处理的流程图。
图中各标号列示如下：
1、线阵CCD相机，2、相机支架，3、安装调节部件，4、光学照明部件，5、目标检测位置，6、产品运动部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
图1为本发明的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的结构框图，一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置5处被检测产品的印刷质量，包括光学成像系统和图像处理系统，图2为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的光学成像系统的结构图，光学成像系统包括线阵CCD相机1、光学照明部件4和安装调节部件3，光学照明部件4与目标检测位置5的法线方向重合，线阵CCD相机1与目标检测位置5的法线之间的夹角大于0度小于90度，安装调节部件3分别连接线阵CCD相机1和光学照明部件4，安装调节部件3为分别调节线阵CCD相机1和光学照明部件4的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机1和光学照明部件4分别与目标检测位置5之间的距离的部件。
线阵CCD相机1，具体采用进口三线阵彩色CCD相机，可以在极小的空间成像，降低对照明均匀性的要求，适合工业现场安装，并配以高成像质量的宽放大倍率的专业镜头，满足不同幅宽、不同检测精度要求的印刷品的检测。
光学成像系统还可以包括产品运动部件6，产品运动部件6用于输送被检测的印刷产品，使被检测产品与线阵CCD相机1之间产生相对运动，从而实现对印刷产品的连续检测，以获得整个印刷产品的完整图像，产品运动部件6能保证产品成像区域与线阵CCD相机1之间的相对位置不变，使获得的图像不变形。若光学成像系统不包括产品运动部件，则可以选择另外的输送被检测产品的动力系统或动力装置，该动力系统或动力装置使得被检测产品与线阵CCD相机1之间产生相对运动，并保证产品成像区域与线阵CCD相机1之间的相对位置不变，配合本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统一起完成检测。
光学照明部件4为成像提供光源，要求均匀性较高、且光线发射角度较广、照度足够、寿命较长，光学照明部件4具有漫射特性，可以防止镭射表面形成过强的定向反射，从而极大地改善镭射印刷图案的成像特征，该光学照明部件采用的光源选择高质量白光功率型LED光源，其漫射特性可以满足高反射特性产品的成像要求，通过聚光准直、漫射设计，形成高均匀的漫射光束，具有散热好、半衰期长的优点。
安装调节部件3分别连接线阵CCD相机1和光学照明部件4，便于更好地分别调节线阵CCD相机1和光学照明部件4的工作位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机1和光学照明部件4分别与目标检测位置5之间的距离，以获得稳定清晰的图像。具体地，安装调节部件3为可以六个维度调节线阵CCD相机1的调节部件，比如：安装调节部件3可以包括光学照明部件4的安装支架，该安装支架设计成角度可调型，以便安装调试过程中的角度微调，安装调节部件3还可以包括固定安装线阵CCD相机1的相机支架2，相机支架2设计成二维可调结构，结合整个安装调节部件3的角度调节，构成六自由度的光学调节机构，实现线阵CCD相机的六自由度可调，保证“直射斜拍”方式下，线阵CCD相机的工作距离和俯仰角度最佳。
具体地，产品运动部件将印刷后被检测产品输送到目标检测位置，采用的光学照明部件为发光面具有一定线宽的高漫射白光光源部件，如白光功率型LED光源的表面设置一层高漫射材料(如硫酸纸、毛玻璃等)，光沿被检测产品表面法线方向照射物体，光斑落于检测物体上，选择位于光斑范围内的某一条线作为检测点，线阵CCD相机在光学照明部件的某一侧以较小的倾斜角度(大于0度小于90度)进行拍摄，并确保光路无干涉。这种光学照明部件在检测点处以法线方向直射目标点，而线阵CCD相机从单侧斜拍摄成像的“直射斜拍”方式，能获得镭射、以及烫金、烫银等高反射特性的产品的高品质图像。
光学成像系统利用CCD成像方式采集镭射印刷品的高质量图像后，通过图像处理系统进行处理，图像处理系统与标准模板图像进行比较，分析并判定印刷出来的图像是否符合标准，实现对镭射特殊印刷工艺下的产品质量自动检测。具体地，基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统启动时，需要首先加载标准模板图像，作为检测的基础，线阵CCD相机1实时采集被测产品图像，通过自动对位，将采集图像与标准模板对齐，而后比较相应位置上的印刷图像，确定图案上的超差点，再对超差点进行不同维度的滤波，去除由于采集系统噪声导致的虚假信号，然后，对超差点进行聚类和区域尺度位置分析，忽略体积小、不影响质量的小缺陷，判断并保留大缺陷的位置和强度信息，进行缺陷位置输出和报警，即，通过预先设计的接口通知印刷设备发现印刷错误，或者直接通过报警器通知印刷工人进行下一步处理。其中，对超差点的多维度滤波、聚类和区域尺度分析，能够使得该图像处理系统更加精确地判定镭射特殊印刷工艺下的印刷产品是否符合标准，完成印刷产品质量的自动检测。
图3为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法的流程图。一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，包括如下步骤：
A、根据被检测产品的镭射印刷图像特点，分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离；
B、将被检测产品输送至目标检测位置；
C、使光学照明部件直射被检测产品，即，光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品；
D、采用线阵CCD相机斜拍被检测产品，获得图像数据，即，线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，所述夹角大于0度小于90度；
E、将步骤D获得的图像数据进行处理，得到产品印刷质量的检测结果。
执行完步骤E后，还执行如下步骤：
F、如果被检测产品输送完毕，则检测结束，否则，使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动，并返回步骤B。
其中，步骤C所述的光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；所述光学照明部件采用的光源为白光功率型LED光源。
步骤E的具体实施方式为将获得的图像数据与标准模板比对方式分析判定是否符合标准，从而得到产品印刷质量的检测结果，如图4所示，图4为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法图像处理的流程图。首先加载获取标准模板，再将线阵CCD相机实时采集被检测产品的图像与标准模板位置对齐，而后与标准模板比对获得超差点，再对超差点进行多维度滤波，从而去除虚假信号，然后，对超差点进行聚类和区域尺度位置分析，忽略体积小、不影响质量的小缺陷，判断并保留大缺陷的位置和强度信息，最后进行缺陷位置输出和报警，从而完成图像处理。
本发明不同于现有的印刷质量检测系统和方法，创造性地采用了特殊的光照成像方式，实现了印刷行业中目前最难解决的烫金、烫银、镭射等特殊工艺下的印刷产品质量的自动检测。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (10)
1、一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，包括光学成像系统和图像处理系统，其特征在于，所述光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，所述光学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，所述线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，所述安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件，所述安装调节部件为分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离的部件。
2、根据权利要求1所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于，所述光学成像系统还包括产品运动部件，所述产品运动部件为将被检测产品输送至目标检测位置并使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动的部件。
3、根据权利要求1或2所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于，所述光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件，所述光学照明部件采用的光源为白光功率型LED光源。
4、根据权利要求1或2所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于，所述安装调节部件为可六个维度调节线阵CCD相机的调节部件。
5、根据权利要求1或2所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于，所述图像处理系统为与标准模板比对方式分析判定是否符合标准的图像处理系统。
6、一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据被检测产品的镭射印刷图像特点，分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离；
B、将被检测产品输送至目标检测位置；
C、使光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品；
D、采用线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，获得图像数据，所述夹角大于0度小于90度；
E、将步骤D获得的图像数据进行处理，得到产品印刷质量的检测结果。
7、根据权利要求6所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于，执行完步骤E后，还执行如下步骤：
F、使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动，并返回步骤B。
8、根据权利要求6或7所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于，步骤C所述的光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；所述光学照明部件采用的光源为白光功率型LED光源。
9、根据权利要求6或7所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于，所述步骤E对图像数据进行处理是指将步骤D获得的图像数据与标准模板比对获得超差点，判定是否符合标准，以得到产品印刷质量的检测结果。
10、根据权利要求9所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于，对所述超差点再进行多维度滤波、聚类和区域尺度分析，确定最终的印刷缺陷以判定是否符合标准，得到产品印刷质量的检测结果。
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