CN102529340A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明属于印刷质量检测技术领域，涉及一种全印张印刷墨量检测系统，具体涉及一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统，本发明还涉及上述系统的检测方法。

背景技术

单张纸胶印机把印刷幅面沿幅宽方向划分为若干供墨区，每个供墨区有一个可以开合的墨键，墨键开合的大小对应着不同的供墨量，每个墨键的开度可以根据印品上对应墨区的需墨量多少来进行墨量的单独调节，因此要实现墨量的控制，必须知道各墨色的各个墨区对应的理想墨量是多少，以及当前印品上各墨色各个墨区的墨量是否合适，也就是说，需要知道各墨色的各个墨区对应的标准预置墨量，以及当前印品上各墨色各个墨区的墨量与预置墨量的差，才能进行有效的墨量控制。目前常见的印刷墨量检测技术主要有三类：1)目测观察法；2)密度检测法；3)色度检测法。目测法是操作人员通过目视或借助于放大镜观察，该方法依赖操作人员的经验而且检测结果无法定量给出；密度法通过测控条和密度计测量，如X-Rite公司和Tekon公司的可安装在看版台上的测量装置，通过一个导轨横向扫描印张上的测控条，在印刷过程中随时抽取印张进行测控条的密度测量，计算印品上各墨色各个墨区的油墨量，从而达到客观评价以减少依赖操作人员经验的目的，这种墨量检测方法比较成熟，也比较易于操作人员接受，但是该方法基于密度测量，不能以某种形式与色彩管理系统中常用的CIELab表色系统相关联，因此不能直接与色彩管理系统无缝对接；色度法通过全幅面和分光色度测量，如海德堡的CPC(Computer Printing Control)图像控制装置采用分光色度测量技术来扫描图像，在印刷过程中随时抽取印张放入该装置中，可在30秒内完成一张对开印张的检测，处理印张上16万个测量点的信息，与标准数据比较后，将墨区信息显示在彩色触摸屏上，该技术基于分光色度测量，用CIELab表色系统评价墨区信息，但其所需的标准数据得通过CPC系统的其它设备获得，而且由于分光测量的原理，其设备造价较昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统，解决了现有印刷过程中标准预置墨量获取以及印张墨量检测效果不好的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统，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。

本发明所采用的另一技术方案是，一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，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：定位墨区标识区以及检测各墨区起始位置；

步骤3：定位样张在平台上的位置及其所占的各墨区宽度；

步骤4：确定纸白；

步骤5：计算各墨区青、品、黄、黑油墨的标准预置墨量；

步骤6：检测印张各墨区青、品、黄、黑油墨的墨量；

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。

本发明的特点还在于，

其中的检测平台包括平台，平台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，高于平台表面设置有边框和墨区标识区，边框为白色，平台为中性灰色，墨区标识区底色为白色，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，平台上放置待检测的样张以及印刷过程中随时抽取的待检测的印张。

其中的步骤1建立色彩空间转换的查找表，具体按照以下步骤实施：

将RGB空间的每个坐标轴M级分割，使用分割点的R、G、B值在Photoshop中制作RGB模式的色靶图像，色靶中包含M*M*M个色块；在Photoshop中将RGB模式色靶图像转换成CMYK模式，再读取每个色块的CMYK值，打样CMYK模式的色靶后测量每个色块的CIELab值，并将色靶置于检测系统的平台上，用彩色CCD摄像头采集打样色靶的图像，获取每个色块的扫描RGB值，即获得CMYK与CIELab色彩空间的查找表数据以及扫描RGB与CIEL*a*b色彩空间的查找表数据，建立相应的两个色彩空间转换查找表。

其中的步骤2定位墨区标识区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。

其中的步骤3定位样张在平台上的位置及其所占的各墨区宽度，具体按照以下步骤实施：

将待检测的样张平放于平台上，其下边缘紧靠墨区标识区，左侧边缘相对于墨区标识区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W₁；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，W₁，H_b和W_r为样张在平台上的坐标位置；

当W₁≥M_i时，样张的起始墨区M_B＝i，i∈1，2，…，N；当Wr≤M_j时，样张的结束墨区M_E＝j-1，j∈N+1，N，N-1，…，1；M_E＞M_B，样张实际占有的墨区数n＝M_E-M_B+1，各墨区宽度按下式计算：

D₁＝M_i+1-W₁，

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。

其中的步骤4确定纸白，具体按照以下步骤实施：

在待检测的样张的上、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：

$\mathrm{Rw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Rij}/400,$

$\mathrm{Gw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Gij}/400,$

$\mathrm{Bw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bij}/400,$

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。

其中的步骤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，

$\left\{\begin{array}{c}R\≥\mathrm{Rw}\\ G\≥\mathrm{Gw}\\ B\≥\mathrm{Bw}\end{array}\right.,$

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：

${\stackrel{\‾}{L}}_k=\frac{L_k}{(H_t-H_b)\×D_k-{\mathrm{Count}}_k},$

${\stackrel{\‾}{a}}_k=\frac{a_k}{(H_t-H_b)\×D_k-{\mathrm{Count}}_k},$

${\stackrel{\‾}{b}}_k=\frac{b_k}{(H_t-H_b)\×D_k-C{\mathrm{ount}}_k},$

$\stackrel{\‾}{C_k}=\frac{C_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{M_k}=\frac{M_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{Y_k}=\frac{Y_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{K_k}=\frac{K_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

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：

$V_{\mathrm{kC}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{C}}_k\×d_C$

$V_{\mathrm{kM}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{M}}_k\×d_M$

$V_{\mathrm{kY}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{Y}}_k\×d_Y,$

$V_{\mathrm{kK}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{K}}_k\×d_K$

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。

其中的步骤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_kC

ΔV_kM＝V_kM′-V_kM

ΔV_kY＝V_kY′-V_kY’

ΔV_kK＝V_kK′-V_kK

其中k＝1，2，…，n；

计算印张上第k个墨区与样张上相应墨区的CIEΔE_ab色差，公式如下：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{ab}}^k=\sqrt{{({\stackrel{\‾}{L}}_k-{{\stackrel{\‾}{L}}_k}^{\′})}^2+{({\stackrel{\‾}{a}}_k-{{\stackrel{\‾}{a}}_k}^{\′})}^2+{({\stackrel{\‾}{b}}_k-{{\stackrel{\‾}{b}}_k}^{\′})}^2},$

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。

本发明的有益效果是，通过自动定位印刷样张，自动检测印刷样张上青、品、黄、黑油墨的各个墨区的墨量作为标准预置墨量，并将检测到的印张上相应各个墨区的墨量与其做比较，计算墨量差，当墨量差产生的CIEΔE_ab色差大于给定阈值时，给予警示，能够有效指导对青、品、黄、黑油墨量进行调整，为彩色印刷高质低耗生产提供了可靠易行的检测手段及方法。

附图说明

图1是本发明方法采用的检测平台示意图；

图2是本发明方法的墨区标识区分割示意图；

图3是本发明方法的样张定位示意图；

图4是本发明方法的各墨区墨量差直方图示意图。

图中，1.边框，2.平台，3.样张，4.墨区标识区，5.墨区标号。

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。

本发明基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统的结构，包括彩色CCD摄像头、矩形LED光源及检测平台。检测平台如图1所示，水平放置，边框1和墨区标识区4高于平台2，边框1为白色，平台2为中性灰色，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，墨区标识区4底色为白色，上面有垂直于平台2的黑色直线，其间距与印刷机墨区宽度一致，墨区标号5中的墨区个数与印刷机的墨区个数N一致；矩形LED光源与彩色CCD摄像头平行置于检测平台上方，矩形LED光源均匀照射在检测平台上，彩色CCD摄像头采集的图像覆盖检测平台的边框1以及墨区标识区4。

该系统的检测方法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

将RGB空间的每个坐标轴M级分割，使用分割点的R、G、B值在Photoshop中制作RGB模式的色靶图像，色靶中包含M*M*M个色块；在Photoshop中将RGB模式色靶图像转换成CMYK模式，再读取每个色块的CMYK值，打样CMYK模式的色靶后测量每个色块的CIELab值，并将色靶置于检测系统的平台2上，用彩色CCD摄像头采集打样的色靶图像，获取每个色块的扫描RGB值，即可获得CMYK与CIELab色彩空间的查找表数据以及扫描RGB与CIEL*a*b色彩空间的查找表数据，建立相应的两个色彩空间转换查找表，如下表所示，表1为扫描RGB与CIELab转换的查找表，表2为CMYK与CIELab转换的查找表；

表1扫描RGB与CIELab转换的查找表

表2CMYK与CIELab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

彩色CCD摄像头采集一帧检测平台图像，如图2所示，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；

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

将待检测的样张3平放于平台2上，如图3所示，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W₁；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，W₁，H_b和W_r为样张3在平台2上的坐标位置；

当W₁≥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-W₁        (1)

D_k＝M_i+k-M_i+k-1    (2)

D_n＝Wr-M_j          (3)

其中i＝M_B，k＝2，3，…，n-1，j＝M_E；

步骤4：确定纸白

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：

$\mathrm{Rw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Rij}/400---\left(4\right)$

$\mathrm{Gw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Gij}/400---\left(5\right)$

$\mathrm{Bw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bij}/400---\left(6\right)$

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

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，

$\left\{\begin{array}{c}R\≥\mathrm{Rw}\\ G\≥\mathrm{Gw}\\ B\≥\mathrm{Bw}\end{array}\right.---\left(7\right)$

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中的表1，查表及插值计算该像素(R，G，B)对应的L、a、b值，以及根据步骤1中的表2，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：

${\stackrel{\‾}{L}}_k=\frac{L_k}{(H_t-H_b)\×D_k-{\mathrm{Count}}_k}---\left(8\right)$

${\stackrel{\‾}{a}}_k=\frac{a_k}{(H_t-H_b)\×D_k-{\mathrm{Count}}_k}---\left(9\right)$

${\stackrel{\‾}{b}}_k=\frac{b_k}{(H_t-H_b)\×D_k-C{\mathrm{ount}}_k}---\left(10\right)$

$\stackrel{\‾}{C_k}=\frac{C_k}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(11\right)$

$\stackrel{\‾}{M_k}=\frac{M_k}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(12\right)$

$\stackrel{\‾}{Y_k}=\frac{Y_k}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(13\right)$

$\stackrel{\‾}{K_k}=\frac{K_k}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(14\right)$

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：

$V_{\mathrm{kC}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{C}}_k\×d_C$

$V_{\mathrm{kM}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{M}}_k\×d_M$ (15)

$V_{\mathrm{kY}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{Y}}_k\×d_Y$

$V_{\mathrm{kK}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{K}}_k\×d_K$

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

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，

$\left\{\begin{array}{c}R\≥\mathrm{Rw}\\ G\≥\mathrm{Gw}\\ B\≥\mathrm{Bw}\end{array}\right.---\left(16\right)$

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中的表1，查表及插值计算该像素(R，G，B)对应的L、a、b值，以及根据步骤1中的表2，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：

${{\stackrel{\‾}{L}}_k}^{\′}=\frac{{L_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\′}}---\left(17\right)$

${{\stackrel{\‾}{a}}_k}^{\′}=\frac{{a_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\′}}---\left(18\right)$

${{\stackrel{\‾}{b}}_k}^{\′}=\frac{{b_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\′}}---\left(19\right)$

$\stackrel{\‾}{{C_k}^{\′}}=\frac{{C_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(20\right)$

$\stackrel{\‾}{{M_k}^{\′}}=\frac{{M_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(21\right)$

$\stackrel{\‾}{{Y_k}^{\′}}=\frac{{Y_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(22\right)$

$\stackrel{\‾}{{K_k}^{\′}}=\frac{{K_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k}---\left(23\right)$

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：

${V_{\mathrm{kC}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{C}}_k}^{\′}\×{d_C}^{\′}$

${V_{\mathrm{kM}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{M}}_k}^{\′}\×{d_M}^{\′}$

(24)

${V_{\mathrm{kY}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{Y}}_k}^{\′}\×{d_Y}^{\′}$

${V_{\mathrm{kK}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{K}}_k}^{\′}\×{d_K}^{\′}$

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

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_kC

ΔV_kM＝V_kM′-V_kM

ΔV_kY＝V_kY′-V_kY    (25)

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CIEΔE_ab色差，公式如下：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{ab}}^k=\sqrt{{({\stackrel{\‾}{L}}_k-{{\stackrel{\‾}{L}}_k}^{\′})}^2+{({\stackrel{\‾}{a}}_k-{{\stackrel{\‾}{a}}_k}^{\′})}^2+{({\stackrel{\‾}{b}}_k-{{\stackrel{\‾}{b}}_k}^{\′})}^2}---\left(26\right)$

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，如图4所示，以示预警。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测系统，其特征在于，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。

3.一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；

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；

步骤4：确定纸白；

步骤5：计算各墨区青、品、黄、黑油墨的标准预置墨量；

步骤6：检测印张各墨区青、品、黄、黑油墨的墨量；

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。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤1建立色彩空间转换的查找表，具体按照以下步骤实施：

将RGB空间的每个坐标轴M级分割，使用分割点的R、G、B值在Photoshop中制作RGB模式的色靶图像，色靶中包含M*M*M个色块；在Photoshop中将RGB模式色靶图像转换成CMYK模式，再读取每个色块的CMYK值，打样CMYK模式的色靶后测量每个色块的CIELab值，并将色靶置于检测系统的平台(2)上，用彩色CCD摄像头采集打样色靶的图像，获取每个色块的扫描RGB值，即获得CMYK与CIELab色彩空间的查找表数据以及扫描RGB与CIEL*a*b色彩空间的查找表数据，建立相应的两个色彩空间转换查找表。

5.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤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。

6.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤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W₁；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，W₁，H_b和W_r为样张(3)在平台(2)上的坐标位置；

当W₁≥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-W₁，

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。

7.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤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：

$\mathrm{Rw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Rij}/400,$

$\mathrm{Gw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Gij}/400,$

$\mathrm{Bw}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{100}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bij}/400,$

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。

8.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤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，

$\left\{\begin{array}{c}R\≥\mathrm{Rw}\\ G\≥\mathrm{Gw}\\ B\≥\mathrm{Bw}\end{array}\right.,$

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：

${\stackrel{\‾}{L}}_k=\frac{L_k}{(H_t-H_b)\×D_k-{\mathrm{Count}}_k},$

${\stackrel{\‾}{a}}_k=\frac{a_k}{(H_t-H_b)\×D_k-{\mathrm{Count}}_k},$

${\stackrel{\‾}{b}}_k=\frac{b_k}{(H_t-H_b)\×D_k-C{\mathrm{ount}}_k},$

$\stackrel{\‾}{C_k}=\frac{C_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{M_k}=\frac{M_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{Y_k}=\frac{Y_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{K_k}=\frac{K_k}{(H_t-H_b)\×D_k},$

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：

$V_{\mathrm{kC}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{C}}_k\×d_C$

$V_{\mathrm{kM}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{M}}_k\×d_M$

$V_{\mathrm{kY}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{Y}}_k\×d_Y,$

$V_{\mathrm{kK}}=(H_t-H_b)\×D_k\×{\stackrel{\‾}{K}}_k\×d_K$

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。

9.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤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，

$\left\{\begin{array}{c}R\≥\mathrm{Rw}\\ G\≥\mathrm{Gw}\\ B\≥\mathrm{Bw}\end{array}\right.,$

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：

${{\stackrel{\‾}{L}}_k}^{\′}=\frac{{L_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\′}},$

${{\stackrel{\‾}{a}}_k}^{\′}=\frac{{a_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\′}},$

${{\stackrel{\‾}{b}}_k}^{\′}=\frac{{b_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k-{{\mathrm{Count}}_k}^{\′}},$

$\stackrel{\‾}{{C_k}^{\′}}=\frac{{C_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{{M_k}^{\′}}=\frac{{M_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{{Y_k}^{\′}}=\frac{{Y_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k},$

$\stackrel{\‾}{{K_k}^{\′}}=\frac{{K_k}^{\′}}{(H_t-H_b)\×D_k},$

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：

${V_{\mathrm{kC}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{C}}_k}^{\′}\×{d_C}^{\′}$

${V_{\mathrm{kM}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{M}}_k}^{\′}\×{d_M}^{\′}$

${V_{\mathrm{kY}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{Y}}_k}^{\′}\×{d_Y}^{\′},$

${V_{\mathrm{kK}}}^{\′}=(H_t-H_b)\×D_k\×{{\stackrel{\‾}{K}}_k}^{\′}\×{d_K}^{\′}$

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、黑油墨在该印张上的墨层厚度。

10.根据权利要求3所述的基于机器视觉的全印张墨量自动检测方法，其特征在于，所述的步骤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_kC

ΔV_kM＝V_kM′-V_kM

ΔV_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CIEΔE_ab色差，公式如下：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{ab}}^k=\sqrt{{({\stackrel{\‾}{L}}_k-{{\stackrel{\‾}{L}}_k}^{\′})}^2+{({\stackrel{\‾}{a}}_k-{{\stackrel{\‾}{a}}_k}^{\′})}^2+{({\stackrel{\‾}{b}}_k-{{\stackrel{\‾}{b}}_k}^{\′})}^2},$

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。

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