CN103674962B - 印版质量检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种印版质量检测系统和方法，该系统包括检测平台、电气装置、图像采集装置和图像处理装置，图像采集装置包括环形光学成像光源、面阵相机和激光位移传感器，环形光学成像光源包括环形框体、在环形框体的外侧壁上设置的散热片和在环形框体的内壁上设置的多个LED光源，环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；图像处理装置对图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测。该系统和方法具有检测精度高、检测速度快、可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及基于机器视觉技术的质量检测领域，特别是一种印版质量检测系统和方法。
背景技术
为实现人民币可自由兑换远景目标，保证其印品质量是重要前提，而钞券胶凹印原版及印版质量是根本保证印品质量的基础，其中任何一项出现质量问题，都会对印品质量产生严重影响。检测的印版包括多种胶印原版、胶印印版、凹印原版、凹印印版等。检测对象幅面大、检测精度要求极高、检测速度必须较快。
目前，对各种印版的检测主要依靠人工进行，检测人员通过肉眼查看、放大镜查看、显微镜查看、局部打粉、刻度尺测量等方法确认印版的质量。人工检测的效果严重依赖人的经验，受人为主观因素影响大，效率较低，出现漏检的情况时有发生。随着科技的发展以及人力成本的提高逐步出现了印版质量检测系统，目前已有的检测系统是利用机器视觉技术检测印版局部的制作质量，若要实现全版检测，时间很长、数据量极大，不现实；也有检测系统是通过并排排列的线阵相机逐行扫描全版后再进行图像检测处理，这类系统一般成像一致性差，分辨率较低，检测精度不高。而且通过机器视觉技术检测印版质量，只能进行单一的图纹检测功能，测量幅面均比较小，而且无法同时完成印版深度测量。故人工检测以及现有的检测系统已不能满足对印版检测精度以及检测速度的要求。
发明内容
本发明针对人工检测以及现有的检测系统已不能满足对印版检测精度以及检测速度的要求的问题，提供一种印版质量检测系统，具有检测精度高、检测速度快、可靠性高的优点。本发明还涉及一种印版质量检测方法。
本发明的技术方案如下：
一种印版质量检测系统，其特征在于，所述系统包括检测平台、电气装置、图像采集装置和图像处理装置，所述图像采集装置设置在检测平台上空并在电气装置的驱动下运动以在印版整版范围内采集图像，所述图像采集装置包括环形光学成像光源、面阵相机和激光位移传感器，通过设置导轨带动图像采集装置做水平面和竖直方向移动，所述环形光学成像光源包括环形框体、在环形框体的外侧壁上设置的散热片和在环形框体的内壁上设置的多个LED光源，所述环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，所述面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；所述图像采集装置将得到的图纹检测和深度测量的图像信息传输至图像处理装置，所述图像处理装置利用数字图像处理技术对图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测。
所述图像采集装置还包括显微镜，所述显微镜与面阵相机同步运动，面阵相机通过显微镜采集高品质图像以进行图纹检测，所述激光位移传感器固定设置在显微镜的一侧。
所述动力装置包括依次连接的三维直线电机驱动器、直线电机、二维扫描机构、光栅尺和光栅尺变换器，所述二维扫描机构与图像采集装置连接，所述三维直线电机驱动器与图像处理装置连接。
所述印版检测对象为具有若干开重复物体的整版，所述图像采集装置采集一开品质优秀的图像作为标准样本，采集印版检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像；所述图像处理装置根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，并利用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
所述图像采集装置根据采集的标准样本生成图像高模板和图像低模板，所述图像高模板为图像像素值的上限，所述图像低模板为图像像素值的下限，所述图像处理装置将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与对应帧的图像高模板和图像低模板进行图像比对，对像素值大于图像高模板或像素值小于图像低模板的像素进行缺陷记录和分析。
所述系统还包括模板调整装置，所述图像采集装置采集某开合格产品的所有帧图像并传输至模板调整装置，所述模板调整装置利用数字图像处理技术将采集的所述合格产品的所有帧图像与图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对；当某点像素值高于图像高模板的值时，将图像高模板的该点的像素值调整为该更高的值，当某点像素值低于图像低模板的值时，将图像低模板的该点的像素值调整为该更低的值；所述图像高模板和图像低模板调整后再通过图像处理装置进行质量检测。
所述环形光学成像光源的每个所述LED光源的额定功率大于1W；所述散热片构成灯箱，所述灯箱顶部设置多个风扇，当所述灯箱内部温度高于第一安全阈值时，所述风扇开启，当所述灯箱内部温度低于第一安全阈值时，所述风扇关闭；所述LED光源的功率通过一电源系统调节，所述电源系统的工作模式包括持续模式和触发模式，所述触发模式由外部装置输入的触发电平控制。
在所述持续模式下，所述LED光源以低于额定功率持续工作；在所述触发模式下，通过所述外部装置向所述电源系统输出触发电平，所述LED光源以额定功率短暂工作；当所述灯箱内部温度高于第二安全阈值时，所述电源系统切断所述LED光源的供电，所述第二安全阈值高于所述第一安全阈值。
所述LED光源在所述环形框体的内侧壁上呈多圈的阵列排列；所述LED光源的光轴与所述焦平面的夹角为35°～55°；所述散热片的形状为直角三角形，所述直角三角形的斜边与所述环形框体的外侧壁连接。
所述图像采集装置还采集检测对象的定位标识的图像，所述图像处理装置利用人工指定或图像匹配技术确定定位标识的精确位置以及确定检测对象的精确位置，然后根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的精确位置。
所述图像处理装置按照检测对象每开的尺寸和单帧成像对应的实物尺寸，将一开分为M行N列并分别通过图像采集装置进行成像，使得不同开位对应帧所成像的相对位置固定，所述M和N均为大于等于1的自然数。
所述光栅尺安装在导轨上，所述光栅尺的读数输送至图像处理装置，所述图像处理装置通过光栅尺的读数，结合采集的图像，得到检测对象各点的精确坐标。
所述系统还包括图像定位装置，所述图像定位装置根据图像采集装置采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在所述帧的标准样本图像中设定特征图像和搜索范围，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像匹配处理，所述图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理得到特征图像的偏移量，并根据所述特征图像的偏移量采用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
所述图像定位装置在采集的印版检测对象的相同帧图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像匹配处理。
所述图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度图像的全部或大部分设定为特征图像，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像的全局匹配处理；
或，所述图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理；
或，所述图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，所述印版检测对象的相同帧图像内具有重复的特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理。
所述图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理，并在特征图像匹配结果包含多个值时进行规范化处理，按照灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数的权重系数进行加权和处理得到特征图像的偏移量；或图像处理装置根据一帧图像内部的多个特征图像匹配结果将待检测图像或标准样本图像进行形变处理得到特征图像的偏移量。
一种印版质量检测方法，其特征在于，通过设置导轨带动面阵相机和激光位移传感器在检测平台上空的印版整版范围内做水平面和竖直方向移动以采集图像，采用环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照，所述环形光学成像光源包括环形框体、在环形框体的外侧壁上设置的散热片和在环形框体的内壁上设置的多个LED光源；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，所述面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；利用数字图像处理技术对得到的图纹检测和深度测量的图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测。
采用显微镜使其与面阵相机同步运动，面阵相机通过显微镜采集高品质图像以进行图纹检测，将激光位移传感器固定设置在显微镜的一侧。
通过对检测对象进行深度测量以实时调节面阵相机的竖直方向的高度，保持面阵相机的相对高度稳定以得到对焦准确的高品质图像。
所述方法中的印版检测对象为具有若干开重复物体的整版，该方法将检测对象划分为若干开，根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，采集一开品质优秀的图像作为标准样本并采集检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像，然后利用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
根据采集的标准样本生成图像高模板和图像低模板，所述图像高模板为图像像素值的上限，所述图像低模板为图像像素值的下限，将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与对应帧的图像高模板和图像低模板进行图像比对，对像素值大于图像高模板或像素值小于图像低模板的像素进行缺陷记录和分析。
所述方法还包括模板调整步骤，所述模板调整步骤为先采集某开合格产品的所有帧图像，再利用数字图像处理技术将采集的所述合格产品的所有帧图像与图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对；当某点像素值高于图像高模板的值时，将图像高模板的该点图像的像素值调整为该更高的值，当某点像素值低于图像低模板的值时，将图像低模板的该点图像的像素值调整为该更低的值；所述图像高、低模板调整后采集印版检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像并利用数字图像处理技术将采集的检测对象的每一开位的所有帧图像与调整后的图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对。
所述方法中采用的环形光学成像光源的每个所述LED光源的额定功率大于1W，LED光源的光轴与所述焦平面的夹角为35°～55°；所述散热片构成灯箱，在灯箱顶部设置多个风扇，当所述灯箱内部温度高于第一安全阈值时，风扇开启，当所述灯箱内部温度低于第一安全阈值时，风扇关闭；所述LED光源的功率通过一电源系统调节，所述电源系统的工作模式包括持续模式和触发模式，在所述持续模式下，所述LED光源以低于额定功率持续工作，所述触发模式由外部装置输入的触发电平控制，在所述触发模式下，通过所述外部装置向所述电源系统输出触发电平，所述LED光源以额定功率短暂工作；当所述灯箱内部温度高于第二安全阈值时，所述电源系统切断所述LED光源的供电，所述第二安全阈值高于所述第一安全阈值。
所述方法先采集检测对象的定位标识的图像，再利用人工指定或图像匹配技术确定定位标识的精确位置，然后根据整版定位标识和开位的分布确定检测对象各开的精确位置；和/或，按照检测对象每开的尺寸和单帧成像对应的实物尺寸，将一开分为M行N列进行成像，使得不同开位对应帧所成像的相对位置固定，所述M和N均为大于等于1的自然数；和/或，所述导轨上装有高精度光栅尺，通过对光栅尺读数和当前采集的图像，得到检测对象各点的精确坐标。
还包括图像定位步骤，所述图像定位步骤根据采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在所述帧的标准样本图像中设定特征图像和搜索范围，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像匹配处理，然后根据得到的特征图像匹配结果进行数据处理得到特征图像的偏移量，并根据所述特征图像的偏移量采用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
在采集的标准样本图像的不同区域内根据图像的灰度和/或梯度特征设定一个或多个特征图像以及与所述特征图像对应的搜索范围，并在采集的印版检测对象的相同帧图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像匹配处理。
所述特征图像匹配处理包括特征图像的全局匹配处理和/或大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理和/或小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理；所述全局匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度图像的全部或大部分设定为特征图像，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像的全局匹配处理；所述大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理；所述小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，所述印版检测对象的相同帧图像内具有重复的特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理。
所述方法在特征图像匹配结果包含多个值时进行规范化处理，按照灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数选取最优定位结果，或综合部分或全部定位结果作为最终定位结果；或图像处理装置根据一帧图像内部的多个特征图像匹配结果将待检测图像或标准样本图像进行形变处理得到特征图像的偏移量。
本发明的技术效果如下：
本发明涉及一种印版质量检测系统，用于对印版检测对象的质量检测，包括检测平台、电气装置、图像采集装置和图像处理装置，设置在检测平台上空的图像采集装置在印版整版范围内做水平面和竖直方向移动，图像采集装置包括环形光学成像光源、面阵相机和激光位移传感器，特定结构的环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照，对印版检测对象上的平面部分和凹凸不平的部分都有显著的照明效果，确保了印版、凹印版、胶片、印品等的成像质量；采用面阵相机实现大面积高精度成像，自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，避免了现有的检测系统采用并排排列的线阵相机逐行扫描全版成像一致性差以及检测精度低的问题，本系统利用图纹扫描方式，对印版的整版检测对象的全覆盖图纹检测，集成面阵相机和激光位移传感器并将二者配合使用，结合自动瞄准技术和二维扫描技术，采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量，集合实现图纹成像、深度检测、深度三维成像、深度三维检测等自动测量等于一体。既能扫描检测整版，也能对局部进行平面和深度检测，对局部进行三维扫描成像和深度检测，能够降低对印版展平的技术要求，通过激光位移传感器采用激光测距补偿技术，实时测量面阵相机对印版版面的高度，并进行相应调整，通过图像处理装置采用图像处理技术对图纹检测和深度测量的图像信息进行数据处理和分析得出印版是否合格的质量检测结果。该系统避免了现有的采用机器视觉技术的检测系统进行印版整版检测时间长和数据处理量极大以致实用性差的问题，还避免了人工检测造成的人为主观因素影响大及效率低的问题，与人工检测相比较，该检测系统具有检测精度高、检测速度快、可靠性高、数据可追溯等优点，本系统可以从源头上解决人工检测所遇到的问题，彻底保证钞券胶凹印原版及印版质量，进而为实现钞券设计原版、印版生产的数据化及标准化打下坚实的基础。
在图像采集装置中设置显微镜，显微镜与面阵相机同步运动，面阵相机通过显微镜采集高品质图像以进行图纹检测，利用高分辨率显微技术与计算机图像处理技术，通过显微镜进行变倍，并实现检测平台上不同高度的地方对焦，能够更精度的对各种原版和印版的图纹质量、版面尺寸和版面缺陷等的检测。
优选本发明所述系统基于开位进行印版质量检测，图像采集装置和图像处理装置将检测对象划分为若干开，单独对各开进行图像采集和处理，图像采集装置采集一开品质优秀的图像作为标准样本并采集检测对象基于开位的帧图像；图像处理装置确定每一开位、某些开位或所有开位的尺寸和位置，并利用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。该检测系统在采集标准样本图像和检测图像时，都是基于开位进行，基于开位进行印版质量检测，扫描时间短，实现检测对象基于开位的二维图像的数据采集、图像显示和质量检测。
优选设置环形光学成像光源的结构，采用的LED光源的额定功率大于1W，LED光源的光轴能够在环形框体下方的焦平面后聚焦；灯箱顶部设置多个风扇，当灯箱内部温度高于安全阈值时，风扇开启，当灯箱内部温度低于安全阈值时，风扇关闭；LED光源的功率通过一电源系统调节，电源系统的工作模式包括持续模式和触发模式，触发模式与相机配合工作。由于本发明使用额定功率大于1W的LED光源，使得照明效果好于其他使用小功率LED光源的光学成像光源。但是由于大功率LED光源的大热量较高，如不加以控制会在灯箱内部形成热量积累，大大缩短光学成像光源的使用寿命。为了解决这一问题，本发明通过硬件手段和控制手段对LED光源的发热量进行有效控制，使其温度稳定在安全阈值以下，发光更稳定，有效延长了这种光学成像光源的使用寿命。
本发明所述系统优选设置图像定位装置，图像定位装置根据采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征这些实际图形情况来设定特征图像和搜索范围，并利用图像匹配技术进行特征图像匹配，结合图像处理装置将匹配结果进行数据处理准确得到特征图像偏移量，从而能够实现作为目标图像的印版检测对象的帧图像和对应帧的标准样本图像完全对准，为后续图像处理提供了基础，标准样本图像的灰度和/或梯度特征动态灵活设定特征图像和搜索范围，实现图像的多层次全局定位，确保了图像处理的准确度，进一步提高了印版检测精度，省去了现有定位方式所采用的结构复杂的定位印刷装置，更重要的是解决了现有的检测系统无法针对所有检测对象精确定位进而不能满足对印版检测精度的要求的问题。本发明所述系统即使在检测对象的图像密集疏密不均以及图纹粗细不均等复杂多变的情况下，也能通过图像定位装置直接根据采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在该帧标准样本图像中手动或自动设定特征图像和搜索范围，采用图像匹配技术进行数据处理得到特征图像偏移量，实现目标图像定位，且可靠性高，能够保证钞券胶凹印原版及印版质量。
本发明还涉及一种印版质量检测方法，通过设置导轨带动面阵相机和激光位移传感器在检测平台上空的印版整版范围内做水平面和竖直方向移动以采集图像，采用特定结构的环形光学成像光源照明强度大，同时发热量小，LED按照特定的设计呈环形分布，能在面阵相机的焦平面内均匀的照明并采集得到良好的图像，在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；能够对印版的整版或局部同时实现图纹检测和深度测量，利用数字图像处理技术对得到的图纹检测和深度测量的图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测，能够提高印版检测精度，具有检测速度快、可靠性高的优点，保证了印版质量检测质量。
附图说明
图1是本发明印版质量检测系统的结构示意图。
图2是本发明所述系统中的图像采集装置的优选结构示意图。
图3是本发明印版质量检测系统的第一种优选结构示意图。
图4是本发明所述系统中的环形光学成像光源的优选结构示意图。
图5是本发明印版质量检测系统的第二种优选结构示意图。
图6a、6b和6c分别是本发明所述系统的第一种、第二种和第三种检测对象的状态图。
图7是本发明所述系统中的图像采集装置的优选工作原理图。
图8a和8b分别是本发明所述系统两种优选的开位分布示意图。
图9是本发明所述检测系统中的图像采集装置的第一种工作状态图。
图10a和10b均是图9采集到的图像。
图11是本发明所述检测系统中的图像采集装置的第二种工作状态图。
图12a和图12b分别是本发明所述系统的标准样本图像和目标图像的第一种定位工作原理图。
图13a和图13b分别是本发明所述系统的标准样本图像和目标图像的第二种定位工作原理图。
图14a和图14b分别是本发明所述系统的标准样本图像的第三种定位工作原理图。
图15a和图15b分别是本发明所述系统的目标图像的第三种定位工作原理图。
图16是本发明印版质量检测方法的第一种优选工作流程图。
图17是本发明印版质量检测方法的第二种优选工作流程图。
图18是本发明印版质量检测方法的第三种优选工作流程图。
图中各标号列示如下：
1－光学成像光源；2－面阵相机；3－激光位移传感器；4－显微镜；5－灯箱；6－环形框体；7－散热片；8－LED光源；9－灯口；10－风扇；11－减震垫圈；12－检测平台；13－检测对象；14－定位标识。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
本发明涉及一种印版质量检测系统，用于检测印版、凹印版、胶片、印品等的成像质量，该系统结构示意图如图1所示，包括检测平台、电气装置、图像采集装置和图像处理装置，其中，图像采集装置设置在检测平台上空并在电气装置的驱动在印版整版范围内运动，在运动中或定点采集高质量图像，所述图像采集装置包括环形光学成像光源、面阵相机和激光位移传感器，通过设置导轨带动图像采集装置做水平面和竖直方向移动，所述环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，所述面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；图像采集装置将得到的图纹检测和深度测量的图像信息传输至图像处理装置，所述图像处理装置利用数字图像处理技术对图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测。
图像采集装置的结构如图2所示，包括环形光学成像光源1、面阵相机2和激光位移传感器3，还优选包括显微镜4，显微镜4与面阵相机2同步运动，显微镜4的下端的镜头或者说是显微镜物镜深入环形光学成像光源1内，显微镜4的上端为显微镜目镜与面阵相机2相连，显微镜4可实现变倍，将检测对象的图像放大，面阵相机2通过显微镜4采集高品质图像以进行图纹检测，激光位移传感器4可以固定设置在显微镜4的一侧。整个图像采集装置在导轨的带动下可以做水平面和竖直方向移动，图像采集装置的下方是设置在检测平台12上的检测对象13。
图3是本发明本发明印版质量检测系统的第一种优选结构示意图。该系统是将检测对象平放在检测平台上，激光定位发生器用于对检测对象的物理定位。图像采集装置包括环形光学成像光源、面阵相机和激光位移传感器，该面阵相机可以是CCD相机或CMOS相机等，面阵相机对被测品进行成像，并传送到图像处理装置进行处理，实现图纹的比对测量、图纹宽度测量和脱靶量的测量。通过导轨设置使得面阵相机和激光位移传感器在检测平台上方与检测平台平行的平面内水平移动，面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以进行图纹检测得到高品质采集图像，面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量。电气装置包括二维扫描机构、光栅尺、光栅尺变换器、直线电机和三维直线电机驱动器，二维扫描机构与图像采集装置连接，三维直线电机驱动器与图像处理装置连接，换句话说，由直线电机、精密导轨和三维直线电机驱动器组成的二维图像扫描系统可以驱动面阵相机实现对整版的检测对象的测量。激光位移传感器用于局部扫描测量控制点的版纹深度，扫描测量数据后输送至图像处理装置，该图像处理装置可以是主机，此时激光位移传感器扫描测量数据后通过RS232口输送到主机，主机通过对数据的分析给出控制点的版纹深度。二维扫描机构由X、Y方向(水平方向)的两条精密导轨构成：Y向导轨安装在X向导轨上，Z向轴安装在Y轴上。面阵相机、激光位移传感器、显微镜和环形光学成像光源安装在Z向精细导轨上，面阵相机与激光位移传感器的光轴竖直向下，与水平面内的检测平台垂直，它们在二维扫描机构的驱动下在水平的X-Y平面内的有效范围内移动，可以瞄准印版的任何位置，还可以在竖直方向运动，具备Z轴方向的移动和测量能力并可以在检测平台上不同位置分别对焦。X向导轨为双导轨，长度范围为500mm～1500mm，优选长度为1200mm；Y向导轨为单导轨，长度范围为500mm～1500mm，优选长度为1200mm；Z向导轨为单导轨，长度范围为200mm～500mm，优选长度为300mm。在X，Y向导轨上安装有高精度的光栅尺，光栅尺测量的长度数据通过RS232口输送到主机，X向和Y向光栅尺的分辨率为0.05μm，测量精度为5μm/500mm，Z向导轨Z向的读数可以通过安装光栅尺或其他方法读取，导轨也可以附带其它装置读取坐标值，比如也可以通过读取驱动电机的位置数据得到图像采集装置的坐标。X，Y向光栅尺的零位是二维扫描测量的基准点。通过光栅尺测量的长度数据和对脱靶量的测量数据可以计算出每个控制点的精确坐标，得到各控制点的精确坐标位置，进行定点移动和尺寸测量，可以几何测量检测对象任意两点的空间位置关系，如可以进行点到点距离、点到线距离、线到线距离和夹角、圆形特征的直径(半径)距离等尺寸的测量。
环形光学成像光源的结构如图4所示，包括环形框体6、在环形框体6的外侧壁上设置的散热片7和在环形框体6的内壁上设置的多个LED光源8，LED光源8在所述环形框体6的内侧壁上可以呈多圈的阵列排列，优选采用环形光学成像光源的每个所述LED光源8的额定功率大于1W。所述散热片7构成灯箱5，灯箱5的整体轮廓为圆柱体。环形框体6为沿灯箱5中线n围成一中空的圆筒、矩形筒或锥筒，本发明优选环形框体6为纵截面为梯形的圆锥筒。每个散热片7的形状可以为直角三角形，直角三角形的斜边与环形框体6的外侧壁连接，环形框体6的内侧壁上沿周向对称安装用于容纳LED光源8的灯口9，灯口9可为一圈或多圈的阵列排列。环形框体6的底部下方水平设置一焦平面A，当被测印版置于焦平面A上时，LED光源8发出的光可用于被测印版表面的照明。
LED光源8的光轴m与焦平面A(水平面)夹角为α，各灯口9设置的角度保证置于其中的LED光源8的光轴m能够到达并穿过焦平面A的边缘。所有LED光源8的光轴m在焦平面A后部聚焦，灯箱5的位置可上下调整，因此焦平面A可位于光轴m焦点的上方或下方。这样环形框体6中每个LED光源8在焦平面A所在的平面上形成一个椭圆形的光廓，光廓面积的大小与LED光源8相对于焦平面A的高度和光轴m与焦平面A的夹角α有关，夹角α越小椭圆形光廓的长轴短轴比值越大，每个LED光源8在焦平面A上的有效光照范围均为光轴m到近中光廓的范围。当所有LED光源8的有效光照范围重叠后，在焦平面A内就具有均匀的光照效果，各LED光源8的光轴m共同构成焦平面A的边缘。LED光源8光轴m与焦平面A的夹角α即照明角度，通常在15°～60°的范围内，优选35°～55°范围，以便对焦平面A内的二维形态、三维形态都能实现很好的照明效果，确保了胶印版、凹印版、胶片、印品等在CCD相机扫描后得到的扫描图像质量。
本发明所述系统中的环形光学成像光源中可以在灯箱5顶部设置多个风扇10，以解决大功率LED光源8在开机过程中的发热问题，延长LED光源8的使用寿命。在环形框体6顶部均匀地环形安装带减震装置的N台风扇10，其中2≤N≤10，每个风扇10带有单独的开关，控制它们工作或者不工作；风扇10和环形框体6之间通过减震垫圈11减震，减震垫圈11可消除风扇10运转给LED光源8和运动中的面阵相机带来的抖动。
当LED光源8在较大功率下持续工作，灯箱5内部温度高于第一安全阈值时，开启风扇10在环形框体6和散热片7上方形成负压，将LED光源8产生的热量吸引至灯箱5外部，之后低温空气由散热片7的底部进入散热片7和环形框体6之间，为灯箱5降温，确保LED光源8工作稳定；当灯箱5内部温度低于第一安全阈值时，风扇10关闭。LED光源8的功率可通过电源系统调节，以便于观察不同的对象，电源系统具有持续模式和触发模式两种工作模式；在持续模式下，LED光源8持续照明，用户能连续观察图像，此时LED光源8以低于额定功率持续工作；在触发模式下，电源由外部装置输入的触发电平控制，即只有在外部触发电平有效时才工作，通过所述外部装置向所述电源系统输出触发电平，所述LED光源以额定功率短暂工作。当灯箱5内部温度高于第二安全阈值时，电源系统切断LED光源8的供电，第二安全阈值高于第一安全阈值。即当灯箱5内部温度高于第一安全阈值时，开启风扇10进行降温；但如果热量持续上升，当灯箱5内部温度越过第二安全阈值时，电源系统使LED光源8断电，消除热源，但风扇10依旧开启，直至灯箱5内部温度回落至第一安全阈值以下，才关闭风扇10，以达到热保护功能。
本发明所述的印版检测对象通常为具有若干开重复物体的整版，比如胶凹印原版、印版、胶片、印刷产品、电路板等。此时本发明所述系统中的优选的图像采集装置的工作可以是采集一开品质优秀的图像作为标准样本，并采集印版检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像；此时图像处理装置根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，并利用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对(如图像对准、逐点进行象素值比较等)，再将比对结果进行分析以完成质量检测。工作流程如下：
(1)电气装置启动，初始化、自检。电气装置回到X-Y平面的零点，X向和Y向光栅尺置零。配置环形光学成像光源、显微镜、面阵相机、激光位移传感器等。
(2)将检测对象平放与检测平台上。如果是胶片等较薄且容易透光的对象，可以选择使用背光机箱，或者使用颜色反差大的衬底，也可以给对象铺上透明的薄膜，使其更好地固定和展平。如果对象具有磁性或可被磁铁吸附，开启检测平台内部设置的电磁铁，将检测对象吸住，使其更好的固定和展平。如果对象不能被磁铁吸附，可以用具有磁性的物体(钢尺等)压住其四边或其他不需要被检测部分。
(3)使用激光位移传感器或面阵相机扫描对象的定位标识的图像(如图9所示的定位标识14是四个顶点处的十字线)，利用手动指定或者图像匹配技术确定定位标识的精确位置，确定检测对象在X-Y-Z空间的精确位置。根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，如图8a和8b所示的优选的开位分布示意图，该图中的整版的检测对象均匀分布了25开图像，当然，开位分布不限于这两种方式，可以按照一定规律或随机分布。检测对象的整版中的各开位可以均匀分布或不均匀分布，如果开位均匀分布，可根据单开尺寸和开位分布参数等确定每开位的精确位置，如果开位不均匀分布，可根据每开的尺寸和特征点对它们分别定位。
(4)检测对象的正常检测状态如图6a所示，检测对象13整版平整地放置在检测平台12上，此时可直接执行(5)。如果检测对象13在检测平台12上不能被电磁铁吸住(如图6b所示)或者检测对象13不平整(如图6c所示)，根据第(3)步得到的定位结果，采集检测对象有效范围内的多个点的Z轴坐标并保存，如图7所示的图像采集装置的优选工作原理图，采集方法有两种：第一种方法是通过面阵相机自动对焦确定其Z轴坐标，即确定针对不同目标点最佳对焦时Z轴数值，计算处理得到不同目标点的Z轴差别，适用于不能通过激光探头测量的对象，如胶印版和具有胶质材质对象的深度测量，因为它们不能使用激光测出深度差别，具体是利用CCD相机采集图像，画定上层平面聚焦计算区域，利用累计梯度计算在获得最佳聚焦分数时显微镜的Z轴方向读数；再画定下层聚焦计算区域，利用累计梯度计算在获得最佳聚焦分数时显微镜的Z轴方向读数；这两个读数的差值即为胶印版上层和下层的深度。第二种方法是通过激光位移传感器3共聚焦探头，即通过激光位移传感器上的激光探头直接测量不同点的Z轴深度，具体是在测量开始前使探头焦点位于基准平面上，记录下激光位移传感器的读数；移动激光位移传感器，使其焦点位于凸出或凹陷的图纹处，记录下激光位移传感器的读数，两个读数之差即为图纹的深度。这多个点的(x,y)坐标按照一定规则分布，这样后期扫描时，根据面阵相机的(x,y)坐标和在此坐标附近测得的Z轴坐标，实时调节面阵相机如CCD相机探头的Z轴高度，确保CCD相机的相对高度始终保持稳定，得到放大倍率一样、对焦始终准确的高质量图像。如果检测对象的起伏不大或检测要求不十分苛刻，扫描过程中可以不必调节CCD相继探头的Z轴高度。
(5)根据(3)、(4)的数据计算出每一开位的尺寸和位置、每一开位的CCD图像采集范围、横向图像采集帧数、纵向图像采集帧数、采集过程中Z轴的调节。采集过程中，根据数据计算出光栅尺的触发参数，这样当面阵相机移动到需要拍照的位置时，光栅尺将触发相机拍摄图像。在采集图像时，尤其是多帧采集时，上下左右具有一定重叠区域，这样确保100％覆盖检测对象的该开图像，同时有助于拼接出一开和整版的图像。如果光源采取持续开启模式，启动拍摄之前打开光源；如果光源采取频闪模式，将转接后的光栅尺触发信号作为光源的输入触发信号。
(6)图像采集装置采集品质优秀的一开的所有帧图像作为标准样本，如图9所示，该图选择左上角的品质优秀的一开图像作为标准样本，基于该标准样本设置图像的检测参数。可优选根据采集的标准样本生成图像高模板和图像低模板，即图像采集装置采集一开品质优秀的图像后设置图像高模板和图像低模板，初始生成的图像高、低模板可以和标准样本图像一样，当然，也可以是标准样本图像进行一定百分比的扩展得到，所述图像高模板为图像像素值的上限，所述图像低模板为图像像素值的下限。采集标准样本后可对其进行白平衡、畸变校正、旋转、插值放大或抽取、颜色范围调整等图像预处理，在(7A)和(7B)所述采集学习图像和检测图像时，也可进行该图像预处理操作。
(7A)优选设置模板调整装置，如图5所示，可理解为模板调节装置与图像采集装置相连，将图像采集装置生成的图像高模板和图像低模板进行调整。图像采集装置采集某开合格产品的图像并传输至模板调整装置，模板调整装置利用数字图像处理技术将采集的所述合格产品的图像的所有帧图像与图像高、低模板的对应帧的图像进行图像比对(如图像对准、逐点进行象素值比较，当然也可采用平滑处理和模糊处理等)。当某点像素值高于图像高模板的值时，将图像高模板的该帧图像的像素值调整为该更高的合格产品的该帧该点像素值，当某点像素值低于图像低模板的值时，将图像低模板的该帧图像的像素值调整为该更低的合格产品的该帧该点像素值。模板调整装置可理解为是对图像高低模板的多开位学习。(7A)所述模板调整装置工作过程一般称为图像模板学习，即通过学习多帧/套合格图像，使图像高模板和图像低模板具有更大的容许范围。基于初始的图像高、低模板可以进行图像模板学习，即采集合格开位的所有帧图像，按帧逐点学习图像高模板和图像低模板，学习步骤可以多次进行，这样，图像高模板和图像低模板多次被扩展。
(7B)图像处理装置按照检测对象每开的尺寸和单帧成像对应的实物尺寸，将一开分为M行N列并分别通过图像采集装置进行成像，即每一开位拍摄M行N列共M×N帧图像(M和N均为大于等于1的自然数，如果开位很小，有可能一开只采集一帧图像，此时M和N均等于1，如果开位比较大，可能一开要采集多帧图像)，对于任意开的第(i，j)(0≤i<M，0≤j<N)帧图像，其成像点相对于该开位的顶点(或中心点或定位点)是固定的，即确保不同开对应帧所成像的相对位置固定，图像一致性好。图像处理装置将采集的检测对象的每一开位的所有帧图像与对应帧的图像高模板和图像低模板进行图像比对(图像对准、逐点进行象素值比较等)，如将检测对象的每一开位的第(i，j)帧图像与图像高模板和图像低模板的第(i，j)帧图像进行像素值比对，对像素值大于图像高模板或像素值小于图像低模板的像素进行标记并记录相关数值，按照一定的步骤生成缺陷图，在检测对象选定开位的所有帧图像均与标准样本所对应的帧图像进行图像比对后，对缺陷图进行分析、统计和标记，给出检测报告。可以利用拼接方法，拼接出本开的采集图像和缺陷图像。特别说明的是，若已采用了优选的模板调整装置进行了图像高模板和图像低模板的调整，则(7B)中所述的逐点比对时的图像高模板和图像低模板均是调整后的图像高模板和图像低模板。
(8)将检测结果存盘或者打印输出，一次检测结束。扫描检测某一开完成后，重复上述类似的扫描可以完成检测对象某些开位、所有开位(即整版)的检测。
图9所示的扫描图确保每一帧拍摄图像和标准样本图像(以及高模板图像、低模板图像)具有一致的相对位置，尽可能消除了光照不均、镜头畸变等系统误差引起的偏差，适用于具有凹陷、凸出、复杂图纹、要求高的检测对象。按照此原理，采集两个不同开的对应位置的某帧图像如图10a和10b所示。经图像处理装置进行比对处理可以看到，尽管图像内部有明暗不均等不足，但是两帧图像的一致性非常好，有助于后续的图像逐点比对和质量分析。
本发明所述的印版质量检测系统不限于上述基于开位进行质量检测，还可以直接进行整版检测，如图11所示，提供了图像采集装置的另一种工作模式，该模式速度更快，适合检测对象没有凹凸、或者检测要求较低的情况。在该模式下，在主要运动方向移动时，可以对X-Y平面的另一方向进行补偿，已消除整版与X-Y坐标系有一定角度的问题。面阵相机采集触发信号可以按照等间距给出(图11中的小圆圈所示)；也可以基于开位给出(图11未画出)，基于开位给出能保证采集的图像一致性更好，但是从一开过渡到另一开时可能需要降低速度，以保证面阵相机已经完成前一帧图像的采集。
尽管每次面阵相机的拍摄尽可能按照约定的位置，但因为机械误差、电气运动误差、检测对象摆放有微小角度、震动等因素，每次拍摄的目标图像和标准样本图像并不能100％地对准。故本发明系统进一步优选设置图像定位装置，如图5所示的本发明系统的优选结构，图像定位装置根据图像采集装置采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在所述帧的标准样本图像中设定特征图像和搜索范围，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像匹配处理，所述图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理得到特征图像的偏移量，并根据所述特征图像的偏移量采用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对(如图像对准、逐点进行象素值比较，当然也可采用平滑处理和模糊处理等)，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
本发明所述系统使用多层次全局定位技术，在图像采集装置采集一帧目标图像后，先通过图像定位装置对目标图像进行定位，图像处理装置在处理某一帧图像时利用其附近已成功定位的该帧目标图像的定位结果，进行下一步的图像模板学习或图纹检测等图像处理工作。具体地，图像定位装置和图像处理装置相互配合工作，采用图像匹配处理技术使用了三种工作方法：
(1)第一种方法为全局匹配，即图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度图像的全部或大部分设定为特征图像，将待定位的目标图像和标准样本图像的全部或大部分进行对比，进而在采集的相同帧的目标图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像的全局匹配处理。图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理，计算基于颜色和/或梯度的图像距离和/或相关匹配系数，取匹配结果最佳点的偏移量，或综合多个方法计算得到的偏移量，得到特征图像的偏移量，即可作为两幅图像的横向和纵向偏移量。
具体实施例如图12a和图12b所示，图12a为标准样本图像，粗线框内为大面积的特征图像，即图像定位装置将标准样本图像的大部分设定为特征图像；图12b为待检测和定位的目标图像，细线框为匹配结果。
(2)第二种方法使用定位核(又称特征图像)进行匹配，即图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，该定位核可以是自动计算或者手动指定，在待定位的目标图像中大范围搜索定位核，进而在采集的相同帧的目标图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像的匹配处理。图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理，计算基于颜色和/或梯度的图像距离和/或相关匹配系数，取匹配结果最佳点的偏移量，或综合多个方法计算得到的偏移量，得到本定位核的横向和纵向偏移量。可以有多个定位核，再对多个定位核的结果进行优选或综合。
具体实施例如图13a和图13b所示，图13a为标准样本图像，粗线框内为定位核(特征图像)，包围该粗线框的细线框为搜索范围；图13b为待检测和定位的目标图像，细线框为匹配结果。
(3)第三种方法使用局部定位核(又称局部特征图像)进行匹配，即图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，该定位核可以是自动计算或者手动指定，在待定位的目标图像中小范围搜索定位核，进而在采集的相同帧的目标图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像的局部匹配处理。图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理，计算基于颜色和/或梯度的图像距离和/或相关匹配系数，取匹配结果最佳点的偏移量，或综合多个方法计算得到的偏移量，得到本局部定位核的横向和纵向偏移量。可以有多个局部定位核，再对多个定位核的结果进行优选或综合。第三种方法与第二种方法的区别是前者搜索范围小，适合具有重复的特征图像的定位，须要借助相邻图像的定位结果(利用邻近帧图像的偏移量基本相同这个有利事实)，或者使用其它技术方法得到的初步定位结果进行精细定位。
借助相邻图像的定位结果的一种实施例如图14a、14b、15a和15b所示。其中，图14a和图14b为邻近位置采集拍摄的两帧标准样本图像，图15a和15b为邻近位置采集拍摄的两帧待检测的目标图像，分别与图14a和14b相对应。图14b的粗线框内为特征图像，包围该粗线框的细线框为搜索范围，该帧图像使用第二种方法(定位核匹配)进行定位，图14b所对应帧的目标图像如图15b所示。图14a中的粗线框内为局部定位核，包围该粗线框的细线框为搜索范围，可以看到搜索范围很小，因为定位核图案在附近有重复，图14a所对应帧的目标图像如图15a所示。在定位检测中，可以先对图15b进行定位核匹配，匹配结果如图15b的细线框所示；再对图15a进行局部定位核匹配，基于图15b偏移量处理结果和图14a定义的搜索范围，可以得到图15a的搜索范围如该图中较大线框所示，图15a中较小的线框为匹配结果。
对于上述任何一种定位技术手段使用的某个特征图像，在图像定位装置定位后，图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理，如果图像处理装置数据处理得到的结果包含多个值，比如颜色距离、颜色相关系数、梯度距离、梯度相关匹配系数等，则对它们进行规范化处理，再按照如灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数等的权重系数计算加权和处理得到特征图像的偏移量，作为本次匹配结果。除了上述方式外，在得到多个特征图像匹配结果时，图像处理装置还可以根据一帧图像内部的多个特征图像匹配结果(或者说是多个定位核的定位结果)将待检测图像或标准样本图像进行放大或缩小等形变处理得到特征图像的偏移量，使它们更加匹配，以提高检测精度。
图像定位装置在采集的标准样本图像的不同区域内根据图像的灰度和/或梯度特征设定不同的特征图像和搜索范围，并在采集的相同帧的目标图像内分别进行各特征图像的全局匹配处理和/或大范围搜索各特征图像以进行特征图像匹配处理和/或小范围搜索各特征图像以进行特征图像局部匹配处理。本发明所述系统可根据每一帧图像(标准样本图像和目标图像)的灰度和/或梯度特征等情况配置相应定位方式，或者说根据每一帧图像中的各像素值大小情况选择图像定位装置和图像处理装置的工作方式，可以单独使用上述工作状态中的某一种状态，或者结合使用两种或三种，对它们的计算结果进行综合和选择。
本发明还涉及一种进行印版质量检测方法，用于对印版检测对象的质量检测，该方法与上述印版质量检测的系统相对应，通过设置导轨带动面阵相机和激光位移传感器在检测平台上空的印版整版范围内做水平面和竖直方向移动以采集图像，采用环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照，所述环形光学成像光源包括环形框体、在环形框体的外侧壁上设置的散热片和在环形框体的内壁上设置的多个LED光源；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，所述面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；利用数字图像处理技术对得到的图纹检测和深度测量的图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测。
本发明所述方法所采用的面阵相机、激光位移传感器和环形光学成像光源的相互设置可参考图2所示，还可以采用显微镜使其与面阵相机同步运动，面阵相机通过显微镜采集高品质图像以进行图纹检测，将激光位移传感器安装并固定设置在显微镜的一侧。显微镜、面阵相机、激光位移传感器和环形光学成像光源同步在检测平台上空做水平面以及竖直方向的移动，以采集高品质图像，进行图纹检测和深度检测。
印版质量检测方法采用的环形光学成像光源的结构可参考图4所示，优选设置每个LED光源的额定功率大于1W，LED光源的光轴与所述焦平面的夹角为35°～55°，LED光源采用特定的角度，对检测对象属于平面物体和凹凸不平的物体都具有很好的照明效果，确保了胶印版、凹印版、胶片、印品等的成像质量。所述散热片构成灯箱，在灯箱顶部设置多个风扇，当所述灯箱内部温度高于第一安全阈值时，风扇开启，当所述灯箱内部温度低于第一安全阈值时，风扇关闭；所述LED光源的功率通过一电源系统调节，所述电源系统的工作模式包括持续模式和触发模式，在所述持续模式下，所述LED光源以低于额定功率持续工作，所述触发模式由外部装置输入的触发电平控制，在所述触发模式下，通过所述外部装置向所述电源系统输出触发电平，所述LED光源以额定功率短暂工作；当所述灯箱内部温度高于第二安全阈值时，所述电源系统切断所述LED光源的供电，所述第二安全阈值高于所述第一安全阈值。
检测对象通常为具有若干开重复物体的整版，印版质量检测方法的第一种优选流程图如图16所示，是将检测对象划分为若干开，根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，采集一开品质优秀的图像作为标准样本并采集检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像，然后利用数字图像处理技术将采集的检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以得到该开的质量信息，完成质量检测。
其中，所述采集一开品质优秀的图像后可以根据采集的标准样本生成得到图像高模板和图像低模板，所述图像高模板为图像像素值的上限，所述图像低模板为图像像素值的下限，即根据实际需要规定灰度上下限范围，将采集的检测对象的每一开位的所有帧图像与对应帧的图像高模板和图像低模板进行图像比对(图像对准、逐点进行象素值比较等)，对像素值大于图像高模板或像素值小于图像低模板的像素进行缺陷记录和分析。
本发明所述方法的第二种优选工作流程如图17所示，包括模板调整步骤，所述模板调整步骤为先采集某开合格产品的所有帧图像，再利用数字图像处理技术将采集的所述合格产品的所有帧图像与图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对(图像对准、逐点进行象素值比较等)；当某点像素值高于图像高模板的值时，将图像高模板的该点图像的像素值调整为该更高的合格产品的该帧该点像素值，当某点像素值低于图像低模板的值时，将图像低模板的该点图像的像素值调整为该更低的合格产品的该帧该点像素值；所述图像高模板和图像低模板调整后再采集检测对象的某一开位的所有帧图像与调整后的图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对(图像对准、逐点进行象素值比较等)，再将比对结果进行分析以得到该开的质量信息，扫描检测某一开完成后，重复类似的扫描可以完成某些开位、所有开位(即整版)的检测。
本发明所述方法可利用高分辨率显微技术与计算机图像处理技术，通过与标准样本的比对，实现对各种原版和印版的图纹质量、版面尺寸、版面缺陷等的检测。通过激光位移传感器或面阵相机采集检测对象的定位标识的图像，再利用图像采集时的坐标值人工指定或图像匹配技术确定定位标识的精确位置以及确定检测对象各开的精确位置；按照检测对象每开的尺寸和单帧成像实物尺寸，将一开分为M行N列进行成像，以确保不同开位对应帧所成像的相对位置固定，图像一致性好，检测能力强大，所述M和N均为大于等于1的自然数；导轨上设置有高精度光栅尺，通过对光栅尺读数和当前采集的图像得到检测对象的各点的精确坐标。
本发明所述方法还优选包括图像定位步骤，是在图像采集后先进行图像定位得到目标图像的偏移量后再做图像比对和分析等处理。图18是本发明印版质量检测方法的第三种优选工作流程图。该方法仍然是将检测对象划分为若干开，根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，采集一开品质优秀的图像作为标准样本并采集检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像，根据采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在所述帧的标准样本图像中设定特征图像和搜索范围，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像匹配处理，然后根据得到的特征图像匹配结果进行数据处理得到特征图像的偏移量，并根据所述特征图像的偏移量采用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以得到该开的质量信息，完成质量检测。
该方法优选在采集的标准样本图像的不同区域内根据图像的灰度和/或梯度特征设定一个或多个特征图像以及与所述特征图像对应的搜索范围，并在采集的相同帧的目标图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像匹配处理。这里所说的特征图像匹配处理包括特征图像的全局匹配处理、大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理、小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理这三种处理方式中的一种、两种或三种。所述全局匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度图像的全部或大部分设定为特征图像，进而在采集的相同帧的目标图像内进行特征图像的全局匹配处理；所述大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，在采集的相同帧的目标图像内大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理；所述小范围搜索特征图像以进行局部特征图像匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，所述目标图像内具有重复的特征图像，在采集的相同帧的目标图像内小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理。
本发明所述方法能根据实际每帧图像的具体情况选择一种或多种定位和图像处理方式，并在某个特征图像匹配结果包含多个值时进行规范化处理，按照灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数选取最优定位结果，或综合部分或全部定位结果作为最终定位结果，得到特征图像的偏移量。还可以根据一帧图像内部的多个定位核的定位结果将待检测图像或标准样本图像进行如放大或缩小等形变处理得到特征图像的偏移量，使它们更加匹配，提高检测精度。
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 (27)
1.一种印版质量检测系统，其特征在于，所述系统包括检测平台、电气装置、图像采集装置和图像处理装置，所述图像采集装置设置在检测平台上空并在电气装置的驱动下运动以在印版整版范围内采集图像，所述图像采集装置包括环形光学成像光源、面阵相机和激光位移传感器，通过设置导轨带动图像采集装置做水平面和竖直方向移动，所述环形光学成像光源包括环形框体、在环形框体的外侧壁上设置的散热片和在环形框体的内壁上设置的多个LED光源，所述环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，所述面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；所述图像采集装置将得到的图纹检测和深度测量的图像信息传输至图像处理装置，所述图像处理装置利用数字图像处理技术对图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测；所述图像采集装置还采集检测对象的定位标识的图像，所述图像处理装置利用人工指定或图像匹配技术确定定位标识的精确位置以及确定检测对象的精确位置，然后根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的精确位置。
2.根据权利要求1所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述图像采集装置还包括显微镜，所述显微镜与面阵相机同步运动，面阵相机通过显微镜采集高品质图像以进行图纹检测，所述激光位移传感器固定设置在显微镜的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述电气装置包括依次连接的三维直线电机驱动器、直线电机、二维扫描机构、光栅尺和光栅尺变换器，所述二维扫描机构与图像采集装置连接，所述三维直线电机驱动器与图像处理装置连接。
4.根据权利要求1或2所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述印版检测对象为具有若干开重复物体的整版，所述图像采集装置采集一开品质优秀的图像作为标准样本，采集印版检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像；所述图像处理装置根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，并利用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
5.根据权利要求4所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述图像采集装置根据采集的标准样本生成图像高模板和图像低模板，所述图像高模板为图像像素值的上限，所述图像低模板为图像像素值的下限，所述图像处理装置将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与对应帧的图像高模板和图像低模板进行图像比对，对像素值大于图像高模板或像素值小于图像低模板的像素进行缺陷记录和分析。
6.根据权利要求5所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述系统还包括模板调整装置，所述图像采集装置采集某开合格产品的所有帧图像并传输至模板调整装置，所述模板调整装置利用数字图像处理技术将采集的所述合格产品的所有帧图像与图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对；当某点像素值高于图像高模板的值时，将图像高模板的该点的像素值调整为该更高的值，当某点像素值低于图像低模板的值时，将图像低模板的该点的像素值调整为该更低的值；所述图像高模板和图像低模板调整后再通过图像处理装置进行质量检测。
7.根据权利要求4所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述环形光学成像光源的每个所述LED光源的额定功率大于1W；所述散热片构成灯箱，所述灯箱顶部设置多个风扇，当所述灯箱内部温度高于第一安全阈值时，所述风扇开启，当所述灯箱内部温度低于第一安全阈值时，所述风扇关闭；所述LED光源的功率通过一电源系统调节，所述电源系统的工作模式包括持续模式和触发模式，所述触发模式由外部装置输入的触发电平控制。
8.根据权利要求7所述的印版质量检测系统，其特征在于，在所述持续模式下，所述LED光源以低于额定功率持续工作；在所述触发模式下，通过所述外部装置向所述电源系统输出触发电平，所述LED光源以额定功率短暂工作；当所述灯箱内部温度高于第二安全阈值时，所述电源系统切断所述LED光源的供电，所述第二安全阈值高于所述第一安全阈值。
9.根据权利要求8所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述LED光源在所述环形框体的内侧壁上呈多圈的阵列排列；所述LED光源的光轴与所述焦平面的夹角为35°～55°；所述散热片的形状为直角三角形，所述直角三角形的斜边与所述环形框体的外侧壁连接。
10.根据权利要求1所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述图像处理装置按照检测对象每开的尺寸和单帧成像对应的实物尺寸，将一开分为M行N列并分别通过图像采集装置进行成像，使得不同开位对应帧所成像的相对位置固定，所述M和N均为大于等于1的自然数。
11.根据权利要求3所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述光栅尺安装在导轨上，所述光栅尺的读数输送至图像处理装置，所述图像处理装置通过光栅尺的读数，结合采集的图像，得到检测对象各点的精确坐标。
12.根据权利要求4所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述系统还包括图像定位装置，所述图像定位装置根据图像采集装置采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在所述帧的标准样本图像中设定特征图像和搜索范围，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像匹配处理，所述图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理得到特征图像的偏移量，并根据所述特征图像的偏移量采用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
13.根据权利要求12所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述图像定位装置在采集的印版检测对象的相同帧图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像匹配处理。
14.根据权利要求13所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度图像的全部或大部分设定为特征图像，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像的全局匹配处理；
或，所述图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理；
或，所述图像定位装置将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，所述印版检测对象的相同帧图像内具有重复的特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理。
15.根据权利要求14所述的印版质量检测系统，其特征在于，所述图像处理装置根据图像定位装置得到的特征图像匹配结果进行数据处理，并在特征图像匹配结果包含多个值时进行规范化处理，按照灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数的权重系数进行加权和处理得到特征图像的偏移量；或图像处理装置根据一帧图像内部的多个特征图像匹配结果将待检测图像或标准样本图像进行形变处理得到特征图像的偏移量。
16.一种印版质量检测方法，其特征在于，所述方法先采集检测对象的定位标识的图像，再利用人工指定或图像匹配技术确定定位标识的精确位置，然后根据整版定位标识和开位的分布确定检测对象各开的精确位置；通过设置导轨带动面阵相机和激光位移传感器在检测平台上空的印版整版范围内做水平面和竖直方向移动以采集图像，采用环形光学成像光源在面阵相机的焦平面内均匀光照，所述环形光学成像光源包括环形框体、在环形框体的外侧壁上设置的散热片和在环形框体的内壁上设置的多个LED光源；在环形光学成像光源的照射下所述面阵相机自动扫描平放在检测平台上的检测对象以在水平面内采集高品质图像进行图纹检测，所述面阵相机或激光位移传感器采集得到检测对象竖直方向的深度以进行深度测量；利用数字图像处理技术对得到的图纹检测和深度测量的图像信息进行数据处理和分析以完成质量检测。
17.根据权利要求16所述的印版质量检测方法，其特征在于，采用显微镜使其与面阵相机同步运动，面阵相机通过显微镜采集高品质图像以进行图纹检测，将激光位移传感器固定设置在显微镜的一侧。
18.根据权利要求16或17所述的印版质量检测方法，其特征在于，通过对检测对象进行深度测量以实时调节面阵相机的竖直方向的高度，保持面阵相机的相对高度稳定以得到对焦准确的高品质图像。
19.根据权利要求16或17所述的印版质量检测方法，其特征在于，所述印版检测对象为具有若干开重复物体的整版，该方法将检测对象划分为若干开，根据整版定位标识和开位的分布确定每一开位的尺寸和位置，采集一开品质优秀的图像作为标准样本并采集检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像，然后利用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
20.根据权利要求19所述的印版质量检测方法，其特征在于，根据采集的标准样本生成图像高模板和图像低模板，所述图像高模板为图像像素值的上限，所述图像低模板为图像像素值的下限，将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与对应帧的图像高模板和图像低模板进行图像比对，对像素值大于图像高模板或像素值小于图像低模板的像素进行缺陷记录和分析。
21.根据权利要求20所述的印版质量检测方法，其特征在于，所述方法还包括模板调整步骤，所述模板调整步骤为先采集某开合格产品的所有帧图像，再利用数字图像处理技术将采集的所述合格产品的所有帧图像与图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对；当某点像素值高于图像高模板的值时，将图像高模板的该点图像的像素值调整为该更高的值，当某点像素值低于图像低模板的值时，将图像低模板的该点图像的像素值调整为该更低的值；所述图像高、低模板调整后采集印版检测对象的某一开位、某些开位或所有开位的一帧或多帧图像并利用数字图像处理技术将采集的检测对象的每一开位的所有帧图像与调整后的图像高、低模板的对应帧图像进行图像比对。
22.根据权利要求16所述的印版质量检测方法，其特征在于，所述环形光学成像光源的每个所述LED光源的额定功率大于1W，LED光源的光轴与所述焦平面的夹角为35°～55°；所述散热片构成灯箱，在灯箱顶部设置多个风扇，当所述灯箱内部温度高于第一安全阈值时，风扇开启，当所述灯箱内部温度低于第一安全阈值时，风扇关闭；所述LED光源的功率通过一电源系统调节，所述电源系统的工作模式包括持续模式和触发模式，在所述持续模式下，所述LED光源以低于额定功率持续工作，所述触发模式由外部装置输入的触发电平控制，在所述触发模式下，通过所述外部装置向所述电源系统输出触发电平，所述LED光源以额定功率短暂工作；当所述灯箱内部温度高于第二安全阈值时，所述电源系统切断所述LED光源的供电，所述第二安全阈值高于所述第一安全阈值。
23.根据权利要求16所述的印版质量检测方法，其特征在于，所述方法按照检测对象每开的尺寸和单帧成像对应的实物尺寸，将一开分为M行N列进行成像，使得不同开位对应帧所成像的相对位置固定，所述M和N均为大于等于1的自然数；和/或，所述导轨上装有高精度光栅尺，通过对光栅尺读数和当前采集的图像，得到检测对象各点的精确坐标。
24.根据权利要求23所述的印版质量检测方法，其特征在于，还包括图像定位步骤，所述图像定位步骤根据采集的每一帧标准样本图像的灰度和/或梯度特征在所述帧的标准样本图像中设定特征图像和搜索范围，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像匹配处理，然后根据得到的特征图像匹配结果进行数据处理得到特征图像的偏移量，并根据所述特征图像的偏移量采用数字图像处理技术将采集的印版检测对象的每一开位的所有帧图像与标准样本的对应帧图像进行图像比对，再将比对结果进行分析以完成质量检测。
25.根据权利要求24所述的印版质量检测方法，其特征在于，在采集的标准样本图像的不同区域内根据图像的灰度和/或梯度特征设定一个或多个特征图像以及与所述特征图像对应的搜索范围，并在采集的印版检测对象的相同帧图像内基于灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数进行特征图像匹配处理。
26.根据权利要求25所述的印版质量检测方法，其特征在于，所述特征图像匹配处理包括特征图像的全局匹配处理和/或大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理和/或小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理；所述全局匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度图像的全部或大部分设定为特征图像，进而在采集的印版检测对象的相同帧图像内进行特征图像的全局匹配处理；所述大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内大范围搜索特征图像以进行特征图像匹配处理；所述小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理是将采集的标准样本图像的灰度和/或梯度特征鲜明的图像设定为特征图像，所述印版检测对象的相同帧图像内具有重复的特征图像，在采集的印版检测对象的相同帧图像内小范围搜索特征图像以进行特征图像局部匹配处理。
27.根据权利要求26所述的印版质量检测方法，其特征在于，在特征图像匹配结果包含多个值时进行规范化处理，按照灰度和/或梯度的图像距离和/或匹配系数选取最优定位结果，或综合部分或全部定位结果作为最终定位结果；或图像处理装置根据一帧图像内部的多个特征图像匹配结果将待检测图像或标准样本图像进行形变处理得到特征图像的偏移量。
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