CN105241894B - 一种用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，所述模板配准方法包括：a)获取标准产品的样本图像；b)确定基底定位组和工序定位组；c)获得产品的定位模板；d)获取被检产品的图像；e)确定各定位组的定位结果；f)利用计算出来的关联定位结果，对个不同的检测区域进行仿射变换。本发明的模板配准方法能够实现被检产品与模板之间的快速配准，做到精确配准的同时，不影响在线生产速度。本发明通过设置定位继承关系，能够减少大面积定位核搜索的过程，提高检测速度，从而达到工业检测需求。

Description

一种用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法

技术领域

本发明涉及印刷品检测领域，具体涉及一种用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法。

背景技术

目前印刷质量检测系统，通过高清高速摄像头拍摄好产品图像，经过一系列的模板训练，生成检测模板图像。在线或离线生产过程中，通过相同平台拍摄待检测的图像，再将待测图像和模板图像进行对比，一旦发现待检测图像与模板图像有不同之处，系统可以根据这些不同的像素找出缺陷的位置、大小和类型等。在高速、高清、宽幅的印刷质量检测系统中，检测速度是必须要考虑的，如何快速、精准的配准，是检测系统的难点。

随着印刷机械的高速发展，多色印刷机和各种多工序联合印刷机与日俱增。对于多工序印刷检测而言，模板的配准则更加重要。

印刷品生产过程中，在变成成品前，可能需要不同的工序车间或机台进行生产，通常的生产顺序为：

造纸(纸张生产)—>胶印车间印胶印图案—>凹印车间印凹印图案—>印码车间喷印可变信息(如号码、二维码、条码等等)。

就凹印或胶印印刷工序来说，单独的凹印或胶印就有单色机、双色机、四色机、八色甚至10色。这些印刷机可以同时印多少种颜色，每一种颜色为一个色组，每个色组在印刷机上是有先后印版顺序的，可能会遇到每个色组套印稍微有些偏差的情况。但是对这种偏差的检测目前却并不是十分理想。

具体而言，在多色多工序印刷过程中，由于印刷品在一定套印偏差范围内是允许的，而刚生产的时候，各种可能的套印偏差产品还不存在，无法提前收集训练进模板，导致后期生产过程中出现未知的套印偏差时，产品误报较高；或者即使收集到了较全的偏差产品样进行训练，可能带来模板学糊而导致系统漏废。

尤其是对于柔性印刷品检测而言，检测更加困难。

在柔性印刷品检测中，印刷品材料会出现轻微变形。当印刷品受机械滚筒的走纸张力和机械抖动等因素的影响，造成采集到的图像有拉伸和轻微变形的情况时，会导致检测系统在训练模板的时候很可能由于模板套不准而学糊而引起缺陷漏废，或者在印刷产品检测过程中，由于和模板套不准而引起误报。

发明内容

针对多工序印刷的特点及难点，本发明要解决由于多色组多工序印刷工艺导致的检测区域和模板区域套不准现象。

针对柔性印刷品检测特点及难点，本发明要解决由于局部拉伸和轻微变形引起的拍摄产品图像形变，导致的模板套不准问题。

具体而言，本发明提供一种用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，所述模板配准方法包括以下步骤：

a)获取标准产品的样本图像；

b)基于所述标准产品的基底信息和样本图像，确定基底定位组和一个或多个工序定位组，所述基底定位组用于为针对产品的印刷基底设定的检测区域进行定位，所述工序定位组用于为针对不同的工序或色组设定的一个或多个不同的检测区域，每个检测区域具有一个或多个定位核区域；

c)基于产品的印刷工序确定不同定位组之间的继承关系，获得产品的定位模板；

d)获取被检产品的图像；

e)根据所设定的不同定位组之间的继承关系，在所述被检产品的图像中依次确定每个定位组中的相应定位核区域的定位结果；

f)利用计算出来的关联定位结果，依次对所述被检产品的图像中对应于每个定位组的检测区域进行仿射变换，使所述被检产品的图像与所述定位模板套准，得到套准后的变换配准图像。

进一步地，所述定位模板包括每个检测区域的定位核区域的位置信息。

进一步地，所述定位模板还包括每个检测区域经过一定旋转角度或一定尺度变化的情况下，该检测区域的模板特征或定位核区域的相应位置信息。

进一步地，所述步骤e)包括：首先在所述被检产品的图像中搜索基底定位组的定位核区域的定位结果，并且以所述基底定位组的定位核区域的定位结果作为继承关系的第一层信息计算所述被检产品的其他定位组的定位结果；然后，按照设置继承的先后顺序，基于上一层继承关系的结果以及下一层继承关系的搜索结果，计算下一层继承关系的定位结果。

进一步地，所述模板特征信息包括：灰度信息、边缘信息。

进一步地，所述步骤f)中的套准包括粗配准和精细配准。

进一步地，所述步骤b)中获得定位模板的步骤包括：将标准产品的样本图像根据不同色组、不同工序进行区域划分，每个区域关联一组同色组同工序的定位组。即，工序定位组包含多个子定位组，每个子定位组对应同色组、同工序的一个或多个检测区域，并且，每个子定位组中具有若干定位核区域。

另一方面，本发明提供一种用于多工序柔性印刷品的检测方法，所述方法包括利用所述的模板配准方法将被检产品的图像与模板图像彼此配准，并且基于所述被检产品的图像与模板图像之间的差异对所述被检产品进行检测。

本发明在模板创建过程(步骤a-c)中，对于每个检测区域，记录本区域的模板位置信息，此外，对于每个检测区域，还记录该区域在一定旋转角度和一定尺度变化下，所得到的一系列的模板特征信息(可以是灰度信息、边缘信息等)，作为模板信息。

在实时检测模板套准过程(步骤d-f)中，按照设置定位继承关系的先后顺序，依次搜索各个检测区域，尤其是各个检测区域的定位核区域。每个检测区域根据搜索层次，分为粗搜索和精细搜索，按照设定的搜索范围、允许变换的旋转角度，通过归一化互相关算法，搜索到定位核的具体坐标位置及该检测区域的旋转角度。

其中，归一化互相关算法计算公式如下：

其中，n表示模板的点数，R表示模板的有效区域，t表示模板图像信息(包括每一点的灰度值)，f表示为实时检测搜索范围内的每个点的图像灰度值，m_t是模板灰度平均值，u，v代表有效区域内一点：

表示模板的灰度方差：

m_f(x,y)表示在搜索图像(x，y)点处，与模板相同大小区域的灰度平均值：

表示在搜索图像(x，y)点处，与模板相同大小区域的灰度方差：

当f(x+u,y+v)＝a*t(u,v)+b的时候，c(x,y)＝1(a>0)或-1(a<0)，否则-1<c(x,y)<1。其中a和b为常量系数，分别代表拍摄图像过程带来的乘性噪声和加性噪声。也就是说，本发明所采用的互相关算法能够克服拍图带来的乘性和加性常量噪声，提高配准率。

通过上面所述的方法，就能够将每个定位核在待测图像上的坐标找到，由于每个定位组包括一个或多个定位核，每个定位组的定位结果(仿射变换3*3矩阵H)由其关联的多个定位核联合算出：

如果定位组只设定了一个定位核，定位结果直接用该定位核结果转换为仿射变换矩阵:

其中Δx，Δy为单个定位核区域偏移坐标，θ为旋转角度。往往一个定位核由于其区域较小，角度计算不够准确，可靠性不高的时候，可强制将角度置为0得出结果，这种情况只有平移才是可靠的。

如果定位组设定了两个定位核，定位结果由两个定位核结果联合计算，解下列线性方程可得：

其中，R表示旋转矩阵，t表示平移矩阵，x'_i，y'_i为每个定位的搜索位置，x_i，y_i为模板位置。

如果定位组是由3个或多个定位核组成的，定位结果的计算方法为，求解下面式子的最优解即可求得变换矩阵H：

需要说明的是，定位组、检测区域和定位核的关系是，每个定位组可以对应一个或多个检测区域，这些检测区域都是在同色组、同工序的情况下印制的。每个定位组中，可以包括一个或多个定位核，这些定位核可以在一个检测区域中，也可以分布在多个检测区域中，定位核的目的是为了得到被检产品在同一工序和色组情况下印制的一个定位组中的检测区域与模板中的相应检测区域之间的仿射变换，即，每个定位核仅仅是一个坐标，用于定位，而检测区域则对应的是产品中的一定区域，定位组是分类划分后的同类型检测区域的集合。

需要说明的是，本发明所提到的定位继承，是指部分定位核继承前工序定位结果，根据前工序定位结果对应仿射变换后，再按照变换后的位置进行精细搜索的方式，小范围精细搜索。比如，A定位组和B定位组具有继承关系，则，在计算B定位组的仿射变换时，先对B定位组所限定区域按照A定位组的结果进行仿射变换，然后再在B定位组所限定区域中，搜索B定位组的定位核，进行针对B定位组的仿射变换。

为了提高检测速度，在模板创建过程中尽量少设置粗定位组，尽量多的设置定位继承关系。

为提高定位核区域匹配结果的运算速度，本发明采用2～4层金字塔的方式，计算归一化互相关值。

对于部分柔性产品，根据产品特点，在检测精度要求高，产品容易出现局部形变的区域，设置关联含有3个定位核的同工序同色组定位组。

有益效果

本发明的模板配准方法，能够实现被检产品与模板之间的快速配准，做到精确配准得同时，不影响在线生产速度。

在配准过程中，检测区域和定位核区域按照不同色组不同工序分别划分，并将同色组同工序的关联在一起进行检测，同时按照不同色组不同工序的先后顺序进行设置后，实际检测过程中可以减少工序层套印偏差的影响。

本发明采用由3个或多个定位核组成的定位组，计算出来的变换矩阵含拉伸尺度变换及形变因子，能够解决由于局部拉伸和轻微变形引起的拍摄产品图像形变问题。本发明采用归一化互相关算法匹配定位核区域，该方法能够抗由于光源、曝光等带来的图像加性和乘性噪声。

通过设置定位继承关系，能够减少大面积定位核搜索的过程，提高检测速度，从而达到工业检测需求。

附图说明

图1示出了本发明模板配准方法的模板生成过程；

图2示出了本发明模板配准方法的图像配准过程；

图3示出了本发明一个实施例中的待检测纸张的示意图；

图4-5分别示出了在纸张上进行第一、第二道工序之后，所形成的印刷品的图案；

图6示出了在纸张上进行第三道工序后的图案，在该图案上进行了区域划分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本发明的模板配准方法主要分两个阶段，模板构建阶段和模板配准阶段。

如图1所示为模板构建阶段的示意性流程图。首先，采集标准产品的图像；然后，找到并设置产品基底的定位组，对于纸质印刷品而言，即为设置产品纸张层定位组。比如，如图3所示，纸张层定位组可以包括两个定位核区域，两个定位核区域分别对应纸张的两个对角点，设置产品纸张层定位组指的是确定这两个定位核区域的坐标。

接下来，设置不同色组不同工序层的定位组，并按照工序的先后顺序进行分层。设置定位组继承关系，后工序可以继承前工序定位结果；将产品样图根据不同色组、不同工序进行区域划分，每个区域选择关联一组同色组同工序的定位组。设置定位组的过程可以由计算机执行，也可以通过人工辅助执行。

如图4-6所示，在印刷过程中，在第一道工序时，首先印制了绿色的字母A(考虑到专利法的规定，本发明将彩色图片转成了灰度图像，但是依然可以分辨出颜色的深浅)，接下来，在第二道工序时，在字母A上叠印了黑色的字母B、C和D。

对于图4-6中所示的印刷工艺而言，选择方框1、2、3所圈出的第一道工序在图像中的显示部分，用作第一工序或色组的定位核区域，方框1、2、3的对角线交点即为三个定位核，方框4所圈出的为整个胶印检测区域，其即为第一工序所对应定位组的检测区域，三个定位核是用于对该检测区域进行定位的；方框6、7、8所圈出的部分用作第二工序或色组的定位核区域，方框6、7、8的对角线交点为定位核，方框5所圈出的区域为凹印检测区域，即为第二工序所对应的定位组的检测区域。

确定了各工序和色组所对应的定位核区域及其坐标之后，就构建了对于该样本图像的检测模板。

接下来，如图2所示，进行被检产品图像与模板的配准过程。

首先，采集实时的被检测产品图像；

然后，按照粗定位方式配准纸张定位，计算纸张定位结果，具体而言，指的是找到纸张的两个对角的坐标，然后将纸张的两个对角坐标与之前模板中的纸张定位组中的两个对角坐标相结合，计算需要进行的矩阵变换，利用该矩阵变换对整个图像进行仿射变换；

接下来，以纸张定位作为第一层继承关系，按照设置继承的先后顺序，通过定位继承算法计算各色组各工序层定位结果；具体而言，在对被检产品图像进行了上述的仿射变换之后，在新的被检产品图像中搜索定位核区域1、2、3，并且，找到三个定位核区域的定位核坐标，基于被检产品中的定位核坐标以及模板中的相应坐标，计算需要对方框4中的区域所进行的仿射变换，并按照所计算的变化对方框4中的图像进行变换，然后，在新的被检产品图像中搜索定位核区域6、7、8，并且，找到三个定位核区域的定位核坐标，基于被检产品中的定位核坐标以及模板中的相应坐标，计算需要对方框5中的区域所需要进行的仿射变换，并按照所计算的变化对方框5中的图像进行变换；

这样，就可以将被检产品图像与模板套准，最终得到套准后的变换配准图像。

如果需要进一步对被检产品是否符合要求进行检测，则可以基于变换配准图像与模板图像进行比对，如果差异小于预定标准，则符合要求。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，所述模板配准方法包括以下步骤：

a)获取标准产品的样本图像；

b)基于所述标准产品的基底信息和样本图像，确定基底定位组和一个或多个工序定位组，所述基底定位组用于为针对产品的印刷基底设定的一个或多个不同的检测区域进行定位，所述工序定位组用于为针对产品不同工序或色组设定的一个或多个不同的检测区域进行定位，每个定位组具有一个或多个定位核区域；

c)基于产品的印刷工序确定不同定位组之间的继承关系，获得产品的定位模板；

d)获取被检产品的图像；

e)根据所设定的不同定位组之间的继承关系，在所述被检产品的图像中依次确定每个定位组中的相应定位核区域的位置，从而计算出每个定位组的定位结果；

f)利用计算出来的关联定位结果，依次对所述被检产品的图像中对应于每个定位组的检测区域进行仿射变换，使所述被检产品的图像与所述定位模板套准，得到套准后的变换配准图像。

2.根据权利要求1所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，所述定位模板包括每个检测区域的定位核区域的位置信息。

3.根据权利要求2所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，所述定位模板还包括每个检测区域经过一定旋转角度或一定尺度变化的情况下，该检测区域的模板特征或定位核区域的相应位置信息。

4.根据权利要求3所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，

所述步骤e)包括：首先在所述被检产品的图像中搜索基底定位组的定位核区域的定位结果，并且以所述基底定位组的定位核区域的定位结果作为继承关系的第一层信息计算所述被检产品的其他定位组的定位结果；然后，按照设置继承的先后顺序，基于上一层继承关系的结果以及下一层继承关系的搜索结果，计算下一层继承关系的定位结果。

5.根据权利要求3所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，

所述模板特征包括：灰度信息、边缘信息。

6.根据权利要求3所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，

所述步骤f)中的套准包括粗配准和精细配准。

7.根据权利要求3所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，

所述步骤b)中获得定位模板的步骤包括：将标准产品的样本图像根据不同色组、不同工序进行区域划分，每个区域关联一组同色组同工序的定位组。

8.根据权利要求1所述的用于多工序柔性印刷品检测的模板配准方法，其特征在于，

所述印刷基底为纸张、丝绸或塑料制品。

9.一种用于多工序柔性印刷品的检测方法，所述方法包括利用权利要求1-8中所述的模板配准方法将被检产品的图像与模板图像彼此配准，并且基于所述被检产品的图像与模板图像之间的差异对所述被检产品进行检测。