CN107650508A - 一种胶印过程控制的机器视觉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胶印过程控制的机器视觉方法，可用于机器视觉检测系统对印刷过程中的墨量进行检测和控制，属于印刷技术领域。该方法包括：(1)通过机器视觉系统获取目标印刷品的承印物的第一RGB颜色值和所述目标印刷品上测控条中每一种原色油墨对应的印刷色块的第二RGB颜色值；(2)根据所述第一RGB颜色值、所述第二RGB颜色值以及预设墨量计算关系式，确定所述目标印刷品的墨量值；(3)调取预设测控条数据，用所述预设测控条数据确定出与所述目标印刷品中每一种原色油墨对应的目标色块墨量值差，确定所述印刷状态的墨量调整量。本发明公开的方法和装置配合胶印机的控制系统可实现胶印过程的自动化控制。

Description

一种胶印过程控制的机器视觉方法

技术领域

本发明涉及一种胶印过程控制的机器视觉方法，尤其涉及单张纸胶印机印刷过程智能化控制的方法，属于印刷技术领域。

背景技术

在单张纸胶印彩色印刷复制过程中，操作人员需要不断检测印刷样品的印刷质量，通过调整印刷墨量、压力、水墨平衡、套印位置等参数以达到最佳的印刷质量。其中，印刷墨量的波动对印刷质量的影响最大，是最需要监测的参数。印刷墨量直接关系到印刷品的阶调及颜色，是影响印刷品质量的最重要因素。

通常，在印刷过程中操作人员要不断对刚印好的印刷品进行手工抽样，通过目视观察和对比样品颜色的方法来判断印刷墨量是否合适，需要操作人员具有丰富的经验和敏锐的判断力，主观性较强，容易造成不同操作人员之间的印刷质量差异。

为了减小操作人员的主观性，目前为止，本技术领域普通技术人员采用的客观质量控制方法是通过密度计或分光光度计测量印刷测控条上控制色块颜色的方法来调整墨量，通过控制色块的密度值或颜色值计算印刷墨量的大小。这种方法可以有效降低对操作人员的要求，比较客观地控制印刷墨量。

但由于需要操作人员不断手工抽样并逐点测量，操作比较复杂和耗时，实时性很差，实用性不强，很多操作人员不愿意使用。

目前最先进的单张纸胶印机印刷质量控制方法是采用离线扫描测量的方法，通过人工对刚印刷好的印刷品进行手工抽样，再用扫描测量仪器对印刷测控条上色块进行快速扫描测量，这样可以缩短对样品颜色的采样时间，提高可操作性。如目前使用最多的X-RITEIntellitrax颜色测量仪和Techkon SpectroDrive颜色测量仪都具有对测控条色块进行扫描测量的功能。但这样的方法仍然需要人工抽样，人工对抽样样品进行扫描测量，不能实现实时的检测和控制。

2013年08月07日公开的专利申请号为CN201310139118.8、发明名称为“一种用接触式图像传感器测量密度的装置及方法”的中国发明专利，公开了一种用接触式图像传感器测量密度的装置及方法，目的是用该装置取代价格昂贵的X-RITE Intellitrax颜色测量仪或Techkon SpectroDrive颜色测量仪，实现对抽样印刷品的扫描测量。同样，该装置也不能实现印刷品质量的实时检测和控制。

即使采用上述最先进的单张纸胶印机技术也需要操作人员不断进行印刷样品的手工抽样，将样品放到测量平台上进行测量，仍然属于一种半自动的控制方法，不能实现印刷过程的实时控制。

近年来，印刷品视觉检测系统在印刷行业得到了广泛应用，通过安装在印刷机上的图像采集系统，直接对印刷机滚筒上的印刷样品进行图像采样，通过图像处理可以实时检测印刷样品上的各种印刷缺陷，避免了人工的抽样操作。如CN201610836919.3公开了“印刷品视觉检测方法、装置和系统”，该专利“提供一种印刷品视觉检测方法，包括根据与待测印刷品对应的物料编码在标准印刷品模板库中检索，判断与该物料编码对应的标准印刷品模板是否存在；当存在与该物料编码对应的标准印刷品模板时，获取该标准印刷品模板的模板建立时间；根据该物料编码获取第二外部系统中对应的数字化图纸的下发时间；将该建立时间与该下发时间……”。市面上还有一些其他类似的印刷品视觉检测系统。但是，目前这些印刷品视觉检测系统主要面向印刷缺陷的检测，通过对比标准印刷品模板检测印刷品上的墨点、划痕、位置偏差等缺陷，而对印刷品颜色检测的功能较弱，还不能实现印刷过程的实时自动墨量控制。印刷品视觉检测系统采用图像传感器作为信息采集器件，本身具有实时检测和控制印刷质量的能力，但颜色检测和墨量计算方法是限制其进行实时自动墨量控制应用的主要瓶颈之一。

传统印刷质量控制中，主要通过密度值控制印刷的墨量，通过密度测量值计算印刷墨量，印刷密度值越高则印刷墨量越大，反之，则墨量小。印刷墨量大则印刷的颜色鲜艳，但墨量过大也会造成印刷阶调值的过量增加，使印刷图像的层次发生并级和丢失等印刷故障。因此印刷标准中都规定了各种印刷条件下的印刷实地密度值和允许的偏差范围，作为印刷过程控制和操作的依据。

基于印刷过程控制的原理，利用机器视觉检测系统的彩色成像功能和实时采样功能，通过适当的颜色计算方法可以模拟印刷墨量控制和计算的过程，实现印刷墨量的自动控制。

因此，如何基于印刷过程控制的原理，通过印刷视觉检测系统的自动采样功能，对采样信息进行适当的处理，模拟印刷墨量控制和计算的过程，实现单张纸胶印机印刷过程实时墨量的自动控制，就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是结合印刷视觉检测系统的实时采样功能，设计一种适合实时墨量计算的方法和装置，提供一种单张纸胶印机印刷过程实时墨量调整方法和装置，实现胶印过程状态的实时检测和墨量控制，配合胶印机的墨量控制系统可以实现胶印过程的智能化控制，减少操作的难度和工作量。

第一方面，本发明提供了一种胶印过程控制的机器视觉方法(一种单张纸胶印机印刷过程中实时控制印刷墨量的方法)，以解决现有印刷过程中主要通过人工控制印刷墨量的状况，提高印刷过程的自动化和智能化，该方法包括：

(1)通过机器视觉系统获取目标印刷品的承印物的第一RGB颜色值和所述目标印刷品上测控条中每一种原色油墨对应的印刷色块的第二RGB颜色值；

(2)根据所述第一RGB颜色值、所述第二RGB颜色值以及预设墨量计算关系式，确定所述目标印刷品的墨量值；

(3)调取预设测控条数据，用所述预设测控条数据确定出与所述目标印刷品中每一种原色油墨对应的目标色块墨量值差，确定所述印刷状态的墨量调整量。

进一步，所述步骤(1)和(2)中所述根据所述第一RGB颜色值、所述第二RGB颜色值以及预设墨量计算关系式，确定所述目标印刷品的墨量值的具体过程如下：

根据所述目标印刷品中对应的第一RGB颜色值、每一种原色油墨色块的第二RGB颜色值以及下述预设墨量计算关系式，确定该种原色油墨对应的墨量值；

r＝R_d/R₀,g＝G_d/G₀b＝B_d/B₀；

其中，r，g，和b为归一化后的红、绿、蓝颜色采集值，R_d，G_d和B_d为机器视觉检测系统对目标印刷品上印刷测控条相应色块采集得到的第二RGB颜色值，R₀，G₀和B₀为对目标印刷品的空白承印物采集得到的第一RGB颜色值；获取墨量近似值；

c'＝1-r,m'＝1-g,y'＝1-b,k'＝0.299c'+0.587m'+0.114y'。

进一步，对于精确度要求高的情况下，用下述二次多项式代表实际的印刷墨量，

Ink_x＝ax²+bx (3)

其中，Ink_x是每一种原色油墨色块的墨量，x＝c',m',y',k'，a和b为常数，可以由标准印刷样张的原色梯尺确定。

进一步，所述印刷墨量通过一维查找表用线性插值计算；

其中，x_i和x_i+1表示对应小于和大于待计算的c',m',y',k'墨量值，D_i和D_i+1表示与x_i和x_i+1小于和大于待计算墨量值的相邻两个等级的标准墨量值。

进一步，所述步骤(3)中所述调取预设测控条数据，用所述预设测控条数据确定出与所述目标印刷品中每一种原色油墨对应的目标色块墨量值差，确定所述印刷状态的墨量调整量的具体步骤如下：

确定所述印刷状态的墨量调整量ΔInk：

ΔInk＝c·(Inks-Inkx) (5)

其中，Inks为目标印刷条件的标准墨量值，Ink_x为实际采集并计算得到的墨量值，c为比例系数。

第二方面，本发明还提供了一种胶印过程控制的机器视觉装置，该装置包括：机器视觉检测系统，用于获取目标印刷品的承印物的第一RGB颜色值和所述目标印刷品上印刷测控条中每一种原色油墨对应的印刷色块的第二RGB颜色值；墨量确定模块，用于根据所述第一RGB颜色值、所述第二RGB颜色值以及预设墨量计算关系式，确定所述目标印刷品的墨量值；墨量调整模块，用于调取预设测控条数据，在所述预设测控条中确定出与所述目标印刷品中每一种原色油墨对应的目标色块墨量值，确定所述印刷状态的墨量调整量。

进一步，所述标准样品具体为：标准样品包含至少10级的CMYK四色油墨梯尺，其中的每个梯级色块的颜色值事先用分光光度计测量，供机器视觉检测系统定标使用，可以确定墨量计算中的系数，同时也可以作为建立4个一维墨量查找表的数据。

进一步，所述墨量计算子模块由RGB颜色值归一化计算模块、归一化颜色值与墨量值转换模块、二次函数计算或查找表与线性插值计算模块和墨量偏移量计算模块等部分组成，用于对机器视觉检测系统采集的第一和第二RGB颜色值进行归一化计算、墨量计算和墨量偏移量计算，并将计算的墨量偏移量反馈给单张纸胶印机。

进一步，所述墨量计算子模块具体用于：根据所述目标印刷品承印物和目标印刷品中每一种原色油墨实地色块的采集第一和第二RGB颜色值，进行归一化处理、颜色值与墨量值的转换计算、计算值与目标印刷条件标准墨量值的偏差计算，进而计算当前印刷状态的墨量调整量。

本发明的有益效果：本发明提供了一种胶印过程控制的机器视觉方法，该方法适用于机器视觉系统对单张纸胶印机印刷过程状态的检测，根据检测数据自动控制印刷墨量，代替人工的操作。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1为本发明实施例1中胶印过程控制的机器视觉方法的流程示意图。

图2为本发明实施例1中单张纸胶印机印刷过程实时墨量调整装置的结构示意图。

具体实施方式

对照实施例1

现有的单张纸胶印机具有开环墨量调节的功能，因此必须由操作人员实时抽样检查印刷品的印刷状态，将墨量偏差量手工输入给印刷机以调节印刷状态。

单张纸胶印机将可印刷面积在纵向分割为数个墨区，每个墨区安装有一个墨键，通过墨键的开口大小控制印刷的给墨量。在印刷过程中，由于印刷承印物、油墨以及印刷机状态等多个因素的波动，需要不断对印刷机给墨量进行调整。印刷机操作人员控制印刷质量的最主要工作就是不断对印刷品进行抽样，检查并调整印刷墨量。

实施例1

一种胶印过程控制的机器视觉方法，下面结合附图，详细介绍本发明的实施例的具体内容。

如图1所示，是本实施例提供的胶印过程控制的机器视觉方法(单张纸胶印机印刷过程实时墨量调整方法)的流程示意图。结合图1可知，该方法包括：

步骤101：机器视觉检测系统对目标印刷品上承印物和印刷测控条上每一种原色油墨实地色块进行颜色采集，获取对应的RGB颜色值。

其中，目标印刷品指的是当前印刷过程中待获取其印刷状态的印刷品，该印刷过程中的任何一张印刷品均可以作为目标印刷品。目标印刷品上印刷测控条中每一种原色油墨实地色块指的是，目标印刷品上印刷测控条中包含的每一种原色油墨100％覆盖目标印刷品承印物(例如白纸)上得到的印刷品。

步骤102：对步骤101采集的RGB颜色值按式(1)进行归一化处理。

r＝R_d/R₀，g＝G_d/G₀，b＝B_d/B₀ (1)

其中，r，g，和b为归一化后的红、绿、蓝颜色采集值，R_d，G_d和B_d为机器视觉检测系统对目标印刷品上印刷测控条相应色块采集得到的第二RGB颜色值，R₀，G₀和B₀为对目标印刷品的空白承印物采集得到的第一RGB颜色值。

步骤103：对归一化后的r，g，b颜色值进行如下处理，得到所述目标印刷品上印刷测控条中每一种原色油墨色块的墨量

c'＝1-r,m'＝1-g,y'＝1-b,k'＝0.299c'+0.587m'+0.114y' (2)

其中，c'、m'、y'和k'近似与所述目标印刷品的印刷墨量成线性关系；

步骤104：对于高精确度的要求，可以用二次多项式或查找表插值代表实际的印刷墨量；

用二次多项式计算精确的印刷墨量

Ink_x＝ax²+bx (3)

其中，Ink_x是每一种原色油墨色块的墨量，x＝c',m',y',k'，a和b为常数，可以由标准印刷样张的原色梯尺确定。

也可以用4种原色油墨的一维查找表代替二次多项式，通过一维查找表用线性插值计算实际的印刷墨量；

其中，x_i和x_i+1表示对应小于和大于待计算的c',m',y',k'墨量值，D_i和D_i+1表示与x_i和x_i+1小于和大于待计算墨量值的相邻两个等级的标准墨量值。

具体计算实例如下表1；

步骤105：调取预设测控条数据，用所述预设测控条数据与所述目标印刷品中每一种原色油墨对应的目标色块墨量值进行对比，计算二者的差，确定所述印刷状态的墨量调整量ΔInk。

ΔInk＝c·(Inks-Inkx) (5)

其中，Inks为目标印刷条件的标准墨量值，Ink_x为实际采集并计算得到的墨量值，c为比例系数，起到调节精细度的作用，可以根据印刷机的实际情况在印刷检测模块中设置，以达到最佳的调整目的。

表1 用标准原色油墨梯尺计算墨量示例

青油墨

品红油墨

黄油墨

黑油墨

CMYK四色油墨计算示例

用CMYK四色油墨印刷梯尺，并用机器视觉检测系统对其进行采样，得到各梯级的RGB颜色值。按照式(1)～式(4)的步骤，将计算的结果列于表1中，其中第1列为四色油墨的墨量目标值，从0％～100％，第2～4列为采集的RGB颜色值，第5列为式(2)计算的墨量线性近似值，第6列为式(3)二次曲线计算的墨量值，第7列为用查找表和插值方法计算的墨量值。如果最终的墨量计算值与第1列的墨量目标值一致，则说明用本发明的方法计算得到的墨量值准确。由表1的结果看出，本发明提出的方法可行，可以达到计算墨量的目的，而且用查找表和插值的方法比二次曲线方法更加准确。

与本发明提供的机器视觉检测单张纸胶印机印刷过程墨量和墨量控制的方法相对应，本发明还提供了一种机器视觉检测单张纸胶印机印刷过程墨量和墨量控制的装置。

如图2所示，是本实施例的单张纸胶印机印刷过程实时墨量调整装置的结构示意图。结合图2可知，该装置包括：用于定标机器视觉检测系统的标准样品，其中包含CMYK四色油墨的10级梯尺201，梯尺中每一个色块的密度值都由分光光度计测量已知；根据印刷机幅面宽度和墨区宽度设计的印刷测控条202，用于获取目标印刷品的RGB颜色值，要求在每个墨区范围内排列有每一种原色油墨(如CMYK及专色油墨)的实地色块；与单张纸胶印机相连接的机器视觉检测系统印刷状态检测系统，其中包括控制装置(计算机)，该控制装置设有机器视觉颜色采集子模块203，用于采集所述目标印刷品承印物第一RGB颜色值和印刷测控条中每一种原色油墨色块的实地色块的第二RGB颜色值；该控制装置还设有墨量计算子模块204，墨量计算子模块204用于根据所采集目标印刷品承印物和目标印刷品上每一种原色油墨实地色块的第一和第二RGB颜色值进行墨量值的计算，并根据目标印刷条件的标准墨量值计算印刷墨量的偏移量。

印刷测控条的长度等于待控制印刷机的印刷幅面宽度，在每个墨区宽度范围内排列有每一种原色油墨的实地色块，供机器视觉检测系统采集颜色信息使用。

所述标准样品具体为：标准样品包含至少10级的CMYK四色油墨梯尺，其中的每个梯级色块的颜色值事先用分光光度计测量，供机器视觉检测系统定标使用，可以确定墨量计算中的系数，同时也可以作为建立4个一维墨量查找表的数据。

所述墨量计算子模块203由RGB颜色值归一化计算模块、归一化颜色值与墨量值转换模块、二次函数计算或查找表与线性插值计算模块和墨量偏移量计算模块等部分组成，用于对机器视觉检测系统采集的第一和第二RGB颜色值进行归一化计算、墨量计算和墨量偏移量计算，并将计算的墨量偏移量反馈给单张纸胶印机。

进一步，所述墨量计算子模块203具体用于：根据所述目标印刷品承印物和目标印刷品中每一种原色油墨实地色块的采集第一和第二RGB颜色值，进行归一化处理、颜色值与墨量值的转换计算、计算值与目标印刷条件标准墨量值的偏差计算，进而计算当前印刷状态的墨量调整量。

采用本发明实施例提供的机器视觉检测系统印刷状态检测的装置，能够实施上述获取当前印刷状态并实现墨量方法的各个步骤，并达到相应的有益效果。采用本发明实施例提供的一系列目标印刷品颜色采集和计算的步骤，可以实现单张纸胶印机印刷过程的墨量自动控制，减少操作人员的工作量，提高印刷品质量。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术，可借助现有的机器视觉检测系统配合本发明的操作来实现。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种胶印过程控制的机器视觉方法，其步骤如下：

(1)通过机器视觉系统获取目标印刷品的承印物的第一RGB颜色值和所述目标印刷品上测控条中每一种原色油墨对应的印刷色块的第二RGB颜色值；

(2)根据所述第一RGB颜色值、所述第二RGB颜色值以及预设墨量计算关系式，确定所述目标印刷品的墨量值；

(3)调取预设测控条数据，用所述预设测控条数据确定出与所述目标印刷品中每一种原色油墨对应的目标色块墨量值差，确定所述印刷状态的墨量调整量。

2.如权利要求1所述的胶印过程控制的机器视觉方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中所述根据所述第一RGB颜色值、所述第二RGB颜色值以及预设墨量计算关系式，确定所述目标印刷品的墨量值的具体过程如下：

根据所述目标印刷品中对应的第一RGB颜色值、每一种原色油墨色块的第二RGB颜色值以及下述预设墨量计算关系式，确定该种原色油墨对应的墨量值；

r＝R_d/R₀,g＝G_d/G₀b＝B_d/B₀；

其中，r，g，和b为归一化后的红、绿、蓝颜色采集值，R_d，G_d和B_d为机器视觉检测系统对目标印刷品上印刷测控条相应色块采集得到的第二RGB颜色值，R₀，G₀和B₀为对目标印刷品的空白承印物采集得到的第一RGB颜色值；获取墨量近似值；

c'＝1-r,m'＝1-g,y'＝1-b,k'＝0.299c'+0.587m'+0.114y'。

3.如权利要求2所述的胶印过程控制的机器视觉方法，其特征在于：对于精确度要求高的情况下，用下述二次多项式代表实际的印刷墨量，

Ink_x＝ax²+bx

其中，Ink_x是每一种原色油墨色块的墨量，x＝c',m',y',k'，a和b为常数，由标准印刷样张的原色梯尺确定。

4.如权利要求2所述的胶印过程控制的机器视觉方法，其特征在于：所述印刷墨量通过一维查找表用线性插值计算；

<mrow> <msub> <mi>Ink</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，x_i和x_i+1表示对应小于和大于待计算的c',m',y',k'墨量值，D_i和D_i+1表示与x_i和x_i+1小于和大于待计算墨量值的相邻两个等级的标准墨量值。

5.如权利要求1所述的胶印过程控制的机器视觉方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体步骤如下：

确定所述印刷状态的墨量调整量ΔInk：

ΔInk＝c·(Inks-Inkx)

其中，Inks为目标印刷条件的标准墨量值，Ink_x为实际采集并计算得到的墨量值，c为比例系数。