CN108645515A - 基于多光谱同色同谱的颜色测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，包括上料模块、送料模块、成像模块、储料模块以及控制模块；上料模块包括固定在机架上的待测品储料仓以及抓料机械手；送料模块包括送料导轨以及运动载台；成像模块包括线扫相机以及穹顶光源；储料模块包括已测品储料仓以及取料机械手；抓料机械手抓取待测品储料仓内的待测品送至运动载台；运动载台在送料导轨上往返移动并由成像模块获取图像信息；取料机械手抓取已获取图像信息的待测品并放至已测品储料仓内。本发明通过12通道多光谱彩色相机获取到图像的信息全面，能够准确地获取到产品光谱反射率，测量稳定；且能准确的将图像信息转换成了LAB数据；此外，能实现产品的无间断检测，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及印刷品图像成像技术领域，尤其是一种基于多光谱同色同谱的颜色测量系统。
背景技术
在印刷行业，目前对颜色的要求越来越高。传统印刷产品表面的颜色质量测量系统有目视系统、色差仪测量系统、3通道彩色相机测量系统。
目视系统，是利用人眼观察标准印刷品的颜色和样品印刷品的颜色差别，通常需要在国际色彩联盟规定的标准光源下进行。目视系统主要借助检验工的颜色观察经验进行评判，受主观因素的影响过大，测量效率低下，不能形成统一的颜色质量评价标准。
色差仪系统，又分了光电积分系统和分光光度系统。是两种不同原理的颜色测量系统。光电积分系统通过探测器接收印刷品表面的光谱能量，和其自身的光谱响应进行积分测量。分光光度系统是对印刷品表面的光谱反射特性进行测量，根据得到的光谱数据计算在CIE标准光源下对应的三刺激值。其测量方法是根据分光色散系统对印刷品表面的光谱进行机械扫描，测量各个波段对应的光谱能量，由此测量整个光谱功率分布。色差仪系统，仪器测量方式只能一次单点、接触式测量，且不能对光谱反射率数据进行有效判定。
3通道彩色相机测量系统，测量方式是使用RGB3通道彩色相机测量，使用3通道彩色相机时将得到的RGB图像转换成LAB值进行测量。3通道彩色相机测量系统，获取到的图像只有3通道RGB信息，信息量少，容易受到干扰。测量信息不准确、测量不稳定；不能有效区分不同波段光谱信息，不能得到光谱反射率数据。
同时，现有技术中的系统都不能实现产品无间断的检测，自动化程度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，能够实现对一次单张、多张不同克重、不同幅面光柱、金银卡、白卡等不同材质的印刷品，用非接触式测量方式，进行产品全幅面颜色信息测量；并对LAB、光谱反射率颜色信息同时判定。
本发明所采用的技术方案为：一种基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，包括上料模块、送料模块、成像模块、储料模块以及控制模块；所述的上料模块包括固定在机架上的待测品储料仓以及抓料机械手；所述的送料模块包括送料导轨以及设置在送料导轨上的运动载台；所述的成像模块设置于送料模块的上方，成像模块包括设置在机架上的线扫相机以及与线扫相机配合工作的穹顶光源；所述的储料模块包括固定在机架上的已测品储料仓以及取料机械手；所述的抓料机械手抓取待测品储料仓内的待测品送至运动载台；所述的运动载台在送料导轨上往返移动并由成像模块获取图像信息；所述的取料机械手抓取已获取图像信息的待测品并放至已测品储料仓内。
进一步的说，本发明所述的待测品储料仓包括与机架固定的储料平台；所述的储料平台的下方设置有使储料平台上下移动的升降装置；所述的储料平台的周边设置有对待测品进行限位的挡柱；所述的已测品储料仓与待测品储料仓结构相同。
再进一步的说，本发明所述的抓料机械手设置于待测品储料仓的上方；抓料机械手的上部设置在机架的平移导轨上，抓料机械手的下部具有吸盘；所述的平移导轨与送料导轨相垂直，并设置于送料导轨的上方；所述的取料机械手与抓料机械手结构相同；取料机械手的上部设置在与抓料机械手同一个平移导轨上。
再进一步的说，本发明所述的取料机械手在运动载台取料的同时，抓料机械手在待测品储料仓抓料；取料机械手与抓料机械手同步动作。
再进一步的说，本发明所述的运动载台的表面具有吸孔，运动载台内设置有将待测品吸平的吸风装置。
再进一步的说，本发明所述的线扫相机为12通道RGB彩色相机，具有四个滤镜锦头。
再进一步的说，本发明所述的穹顶光源具有外壳；所述外壳的表面设置有透光槽；外壳的侧面具有透风口；外壳的内腔具有穹顶；外壳内部设置有散热风扇、光源板、温度传感器以及散热金属片；所述的光源板为LED灯板；所述的散热金属片设置于散热风扇的出风侧并与光源板连接；所述的温度传感器设置于光源板旁。
再进一步的说，本发明当温度传感器检测到光源板上光源的温度达到设定温度时，散热风扇开始工作对光源进行散热；当温度传感器检测到的光源板上光源的温度低于设定温度时，散热风扇停止工作，使得光源的温度维持在设置温度。
再进一步的说，本发明所述的控制模块为外部工控机系统；所述的外部工控机系统控制上料模块、送料模块、成像模块、储料模块的动作。
本发明的有益效果是：能够对印刷品表面的颜色信息进行全幅面、非接触式、连续多张、同时判断LAB、光谱反射率的颜色测量，解决了传统测量方法单点、接触式、效率低，且只能判定LAB值的不足；通过12通道多光谱彩色相机获取到图像的信息全面，能够准确地获取到产品光谱反射率，将单方面的干扰降到最小，测量稳定；且能准确的将图像信息转换成了LAB数据；此外，能实现产品的无间断检测，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明除工控机外的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是图2的侧视图；
图5是本发明穹顶光源的立体结构示意图；
图6是图5的侧面透视图；
图中：11、上料模块；12、送料模块；13、成像模块；14、储料模块；15、工控机系统；16、线缆；17、机架；18、平移导轨；21、待测品储料仓；22、抓料机械手；23、已测品储料仓；24、取料机械手；25、储料平台；26、升降装置；27、挡柱；28、气缸；29、连杆；210、吸盘；31、送料导轨；32、运动载台；33、吸孔；41、线扫相机；42、穹顶光源；51、外壳；52、透光槽；53、透风口；61、穹顶；62、散热风扇；63、光源板；64、温度传感器；65、散热金属片。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-4所示的一种基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，包括上料模块11、送料模块12、成像模块13、储料模块14以及控制模块。控制模块为外部工控机系统15；外部工控机系统通过线缆16与上料模块、送料模块、成像模块、储料模块等机械机构的驱动模块相连接，并通过外部工控机系统中的控制程序控制上料模块、送料模块、成像模块、储料模块的动作。
如图2所示，上料模块包括固定在机架17上的待测品储料仓21以及抓料机械手22；储料模块包括固定在机架上的已测品储料仓23以及取料机械手24；待测品储料仓包括与机架固定的储料平台25；储料平台的下方设置有使储料平台上下移动的升降装置26；升降装置可以是气杆或丝杆；储料平台在升降装置的驱动下进行上下移动，使抓料机械手始终能够快捷方便的抓取待测品储料仓中的待测品；储料平台的周边设置有对待测品进行限位的挡柱27；挡柱分布在储料平台的边沿；已测品储料仓与待测品储料仓结构相同。
抓料机械手设置于待测品储料仓的上方；机架上设置有平移导轨18；抓料机械手具有气缸28(也可以是电机，用于实现机械手的上下运动)，气缸的上部设置在平移导轨上，下部通过连杆29连接吸盘210；平移导轨与送料导轨相垂直，并设置于送料导轨的上方；抓料机械手的上部可以通过滑块或滑轮与平移导轨连接；吸盘为左右对称的两个，可以平稳的吸取待测品而不损坏待测品表面的图像；抓料机械手抓取待测品储料仓内的待测品通过平移导轨送至运动载台；取料机械手与抓料机械手结构相同；取料机械手运动导轨与抓料机械手的运动导轨为同一个。取料机械手抓取已获取图像信息的待测品并放至已测品储料仓内。取料机械手在运动载台取料的同时，抓料机械手在待测品储料仓抓料；取料机械手与抓料机械手同步动作。
如图3所示，送料模块设置在上料模块和储料模块之间；送料模块包括送料导轨31以及设置在送料导轨上的运动载台32；送料导轨铺设在机架上，分左、右两条；两条导轨的设置可以使运动载台在移动过程中更平稳。运动载台通过底部设置的滑块或滑轮在导轨上移动。
如图4所示，成像模块设置于送料模块的上方，成像模块包括设置在机架上的线扫相机41以及与线扫相机配合工作的穹顶光源42；线扫相机为德国进口的具有4个滤镜镜头的12通道RGB彩色相机，能够将同一目标物通过4个镜头形成4幅图像成像在CCD相机中，形成了12通道不同信息的的图像信息。成像模块是固定不动的，运动载台在成像模块的下方滑动到成像位置时成像模块开始采集图像。为了防止待测品出现翘边或拱起的情况，运动载台的表面具有吸孔33，运动载台内设置有将待测品吸平的吸风装置，吸风装置为小型的风扇。
工作时，将待测品储料仓内成堆放置的待测印刷品，使用抓料机械手抓取到运动载台上，用吸风的方式将运动载台上的产品吸平，然后运动载台移动完全通过成像模块下方达到F区域，然后反向回到原点，再用取料机械手将运动载台上的产品取走，放入到已测品储料仓，同时用抓料机械手放下一张待测产品到运动载台，从而实现循环检测产品的效果。
如图5-6所示，穹顶光源具有外壳51；外壳的表面设置有透光槽52；用于相机成像；外壳的侧面具有透风口53；外壳的内腔具有穹顶61；外壳内部设置有散热风扇62、光源板63、温度传感器64以及散热金属片65；光源板为LED灯板；使用了德国进口的D50颗粒板；能够确保光源发光满足国际规定颜色测量时的D50光源条件。
成像时，当产品达到成像模块下方的成像位置时开始采集图像，产品后延通过成像位置后结束采集图像，同时将图像用数据线传给电脑。穹顶能够消除印刷品表面光柱效果且D50光源能稳定发光的，D50光源表示发光时色温在50K的光源。
在颗粒板附近装有监测温度的温度传感器；散热金属片设置于散热风扇的出风侧并与光源板连接，散热金属片为具有垂直段和水平段的“L”型，垂直段设置在散热风扇的出风侧；水平段与光源板连接；这样风扇吹出的冷风能够通过金属片迅速传导至光源板进行降温。
具体为：当温度传感器检测到光源温度达到设定温度时，风扇开始工作对光源进行散热；当传感器检测到的温度低于设定温度时，风扇停止工作，从而将光源温度控制在设置温度，实现颗粒稳定发光。
系统的图像测量方法为：先用多光谱颜色重建算法建立颜色测量模型；当获取到12通道的图像后，通过模型将图像进行信息转换，得到相应的LAB、光谱，用于测量的颜色信息。图像在转换过程中是对采集到的整个图像进行转换，测量使可对整个图像进行检测。得到颜色信息后再使用色差判别公式对LAB值进行判定，用光谱反射率判定算法对光谱进行判定。最终判定检测产品和标准相比是否符合的检测结果。
本系统用光谱重建算法将12通道RGB图像转化为36通道多光谱图像，并利用同色同谱图像处理算法，进行颜色偏差的计算，从而实现颜色测量；解决了传统颜色测量设备仅仅依靠LAB数据来判断色差的局限性，同时利用了产品光谱的偏差，以及LAB偏差，实现了光谱+色相的联合判定。相比传统测色设备，本系统可以判断出“同色同谱”、“同色异谱”、“异色异谱”等颜色偏差，大大提升了颜色测量的准确性；同时实现了对一次单张、多张不同克重，不同幅面，光柱、金银卡、白卡等不同材质的印刷品，用非接触式测量方式，进行产品全幅面多光谱信息采集，并利用同色同谱计算方法，测量产品的光谱曲线的吻合度，以及产品的LAB色差数据，并作出最终的颜色测量判定。获取到的颜色信息包含LAB值和360um至750um39个可见光波段的光谱反射率数据。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
Claims (9)
1.一种基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：包括上料模块、送料模块、成像模块、储料模块以及控制模块；所述的上料模块包括固定在机架上的待测品储料仓以及抓料机械手；所述的送料模块包括送料导轨以及设置在送料导轨上的运动载台；所述的成像模块设置于送料模块的上方，成像模块包括设置在机架上的线扫相机以及与线扫相机配合工作的穹顶光源；所述的储料模块包括固定在机架上的已测品储料仓以及取料机械手；所述的抓料机械手抓取待测品储料仓内的待测品送至运动载台；所述的运动载台在送料导轨上往返移动并由成像模块获取图像信息；所述的取料机械手抓取已获取图像信息的待测品并放至已测品储料仓内。
2.如权利要求1所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的待测品储料仓包括与机架固定的储料平台；所述的储料平台的下方设置有使储料平台上下移动的升降装置；所述的储料平台的周边设置有对待测品进行限位的挡柱；所述的已测品储料仓与待测品储料仓结构相同。
3.如权利要求1所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的抓料机械手设置于待测品储料仓的上方；抓料机械手的上部设置在机架的平移导轨上，抓料机械手的下部具有吸盘；所述的平移导轨与送料导轨相垂直，并设置于送料导轨的上方；所述的取料机械手与抓料机械手结构相同；取料机械手的上部设置在与抓料机械手同一个平移导轨上。
4.如权利要求3所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的取料机械手在运动载台取料的同时，抓料机械手在待测品储料仓抓料；取料机械手与抓料机械手同步动作。
5.如权利要求1所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的运动载台的表面具有吸孔，运动载台内设置有将待测品吸平的吸风装置。
6.如权利要求1所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的线扫相机为12通道RGB彩色相机，具有四个滤镜锦头。
7.如权利要求1所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的穹顶光源具有外壳；所述外壳的表面设置有透光槽；外壳的侧面具有透风口；外壳的内腔具有穹顶；外壳内部设置有散热风扇、光源板、温度传感器以及散热金属片；所述的光源板为LED灯板；所述的散热金属片设置于散热风扇的出风侧并与光源板连接；所述的温度传感器设置于光源板旁。
8.如权利要求7所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：当温度传感器检测到光源板上光源的温度达到设定温度时，散热风扇开始工作对光源进行散热；当温度传感器检测到的光源板上光源的温度低于设定温度时，散热风扇停止工作，使得光源的温度维持在设置温度。
9.如权利要求1所述的基于多光谱同色同谱的颜色测量系统，其特征在于：所述的控制模块为外部工控机系统；所述的外部工控机系统控制上料模块、送料模块、成像模块、储料模块的动作。
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