CN1122246C - 用弹性模型自动检查打印质量 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动检查可变形对象上打印质量的方法。先通过用电子摄像机捕捉其打印质量被认为合格的片组的图象，产生模型；如此存储这些图象，以至于同相关图象密度测量容许极限一起产生第一参考图象。此后通过重迭具有很小单元的网格，把该参考图象分成许多子图象。在检查时，在要检查的图象上测量网格网点之间的距离；因此而产生模型的弹性修正，使诸网点之间的距离相同于要检查图象中的相应距离。因此，通过使用任何标准的检查技术来检验图象。

Description

用弹性模型自动检查打印质量

本发明涉及一种用于很精细地检查象纸、塑料或橡胶片之类可变形材料上打印质量的方法。更准确地说，本发明构成一种以检查时的实时方式对常用于打印质量自动检验的参考模型进行修正的方法，它甚至在片变形产生畸变而使打印形状变成明显不同于模型、但人眼仍可接受的情况下，也能正确地进行检查。事实上，迄今已知的全部方法皆使用刚性模型(不可变形的)，从而为了适应(纸、塑料或橡胶)片的变形，不得不明显放宽容限，以减小错误检测的风险，尤其是，这往往导致检查精细性的很不令人满意的降低。

通常知道一些判断打印质量的方法：在所列对比文件中给出几个实例。虽然一些作者已提出多种多样的配置，但几乎全部的解决方案皆以相同的基本方法为基础，可把它适当地摘要如下。

使用具有“良好”打印质量的对象(片等)的一个或多个样本集(训练集TS)，去“训练”利用参考模型的检查系统，和(或)根据图象密度测量的相关打印容限。一般说来，该方法主要点在于：借助一个电子扫描系统，捕捉可以是平均TS图象(或某种期望的图象变换)的、“参考模型”(有时叫作“黄金模板”)的TS和结构的样本图象。除了图象密度参考值(换句话说，参考图象中的值)之外，还对所分析图象的各个象素，计算一对极限值(例如，太暗TD和太亮TL)。已提出一些提取这些极限值的技术：例如一些作者用象素密度极小值(在TS之上)作TD，和用其极大值作TL；一些作者使用图象梯度；一些作者使用标准偏差；等等。在任何情况下，参考模型都是一种把图象密度极限值TD和TL与图象各象素联系起来的打印容限的描述。这些描述都是“刚性的”，换句话说，不可能适应变形的，变形会产生打印结构的相对位移。因此，在以往的全部解决方案中，尽管引进过几种放宽阈值容限(TD和TL)的精巧方法，但载体(纸、塑料等)的变形仍是“假缺欠”检测的主要根源。假缺欠指的是这样一种打印：尽管该系统拒绝它，但就人类检查者而论，是没有缺欠的。此外，这种容限的加大会使检查变得较粗糙和不准确，从而降低质量标准。

根据本发明，用具有所期望分辨率的熟知光电装置，例如象CCD摄像机(线性或矩阵，黑和白或彩色)之类装置，光学地分析要检查的对象(纸、塑料、橡胶等片)，以产生打印片的电子图象。

一个电子图象包含密度值的离散集，它通常被组织成长方形矩阵。矩阵的每个元素(象素)是一种由图象相应部分反映的光强度的度量。这些密度值通常被组织成256个灰度级(例如零级相当于黑色，255级相当于白色)。

在彩色图象情况下，描述通常包括三个矩阵，它们相当于由图象的每个象素反映的光的红、绿和兰色成分。

在下文中，不仅在黑和白图象(密度值的单独矩阵)情况下，而且在彩色图象(三个矩阵)情况下，术语“图象”总是用于代替“电子图象”。

象来自其他作者的一些解决方案一样，本方法的第一个步骤是限定一个训练集(TS)，该集合包含“正确打印”片(即，没有不可接受缺欠的片)的一个或多个图象，这些片用来建立良好片的“模型”。

进行下述步骤：

-从TS中提取一个图象，以用作参考图象(它可以是TS图象之

 一，图象的平均，或任何适当的变换，例如象在片上打印形状的

 边缘图象之类)。

-如图1中所示，例如通过迭加一个网格(规则的或别样的)，把

 参考图象分成大量的子图象。

-在网络的每个网格单元，选择打印形状的一个很特征化的结构(见

 图2)，其位置用于测量载体的变形。在下文中，我们会提到作为

 模型网点的所述结构的位置。

-结构可以从某种很复杂的拓扑特征变成其他颇为简单的特征，例

 如网格单元内图象梯度极大。将在“优选实施例的描述”中说明

 用于自动地获取特征结构、从而获取模型网节点的几种技术。

-对每个网点限定一个变形阈值，用作网点离开其参考图象中位置

 的最大容许位移。

最后，有可能根据专用于此项用途的任何一种技术(极大-极小；标准偏差；梯度变化；等)，对模型的每个象素(从TS图象中)建立图象密度测量阈值(例如太暗TD和太亮TL)，但在计算它们之前，要对每个TS图象进行下述处理：

-相对于参考图象中的相应网点，测量TS图象的各个网点的位移。

-这样产生TS图象的弹性变形，以致于它的全部网点皆有参考图

 象中相同的位置。通过使用任何熟知的图象变形算法，例如被叫

 作“双通网格扭曲”的算法(见对比文件1)，能够以期望的精度

 实施这一步骤。

因此，根据本发明，对适当变形的TS图象实施用于建立模型的方法，使网点具有与参考图象中位置相同的位置。

在检查期间，首先以相同于TS图象的方式处理那些为检验其打印质量而评价的图象，此后与模型极限(阈值)进行比较，象其它方法一样，这种方法可确保那些小于在别处限定的变形阈值的变形得到校正，从而保证很精细的检查，而过份变形的片则作为缺欠而拒绝。

最后，显然，用使模型(及其极限，例如阈值TD和TL)变形的方法取代校正要检查的图象的方法，也能得到相同的结果。

图1说明，a)用字符“A”作打印形状的实例，和b)3×3座标网格重迭。

图2说明，a)图1中形状的5个特征结构，和b)与这些结构相关的5个网点(从K1至K5)。

图3说明，a)图2的字符“A”的变形实例，和b)变形形状中网点的位置，着重说明每个网点的位移。更准确地说，如果Ki[i∈(1，5)]是原始图象中第i个网点的位置，和K’i是变形图象中的相应位置，则发现在我们的实例中，除了Δx2和Δx5之外，全部位移Δxi和Δyi都是零。

图4说明正文中描述的检查系统的典型安排。

下面根据图片描述优选实施例之一，用作本发明的一个实例。

图4说明检查系统的一种安排，其中使用线性CCD摄像机1及其透镜组2和照明系统3，在片4绕圆筒5转动时，捕捉要检查的片4。

在图象处理子系统6的第一缓冲(存储)电路中，逐一地存储由摄像机扫描的线，以产生每个片的(电子)图象。

图象处理子系统6在模型建立阶段和检查阶段时期执行不同的操作。子系统6或者基于专用硬件，或者基于可编程计算机，例如DSP(数字信号处理机)，很快的PC等。

在模型建立阶段时间：

-它捕捉TS片的图象，和把它们存入适当的存储器中。

-它从TS中提取参考图象(或者自动提取，或者用操作员接口7

 的控制台借助操作员提取)。

-它把一个网格迭加到参考图象上。网格的行和列数可以预先确

 定，也可以借助操作员接口7由操作员输入。

-它识别网格的每个网格单元中网点的位置，用作象素的坐标，或

 者以网格单元范围内的极大值由方程1给出的量q的坐标。 $q=\left({\mathrm{\Σ}}_A\right|\frac{\∂I\left(P\right)}{\∂X}\left|\right)\·\left({\mathrm{\Σ}}_A\right|\frac{\∂I\left(P\right)}{\∂Y}\left|\right)---\left[1\right]$

在方程1中，I(p)是电子图象在象素位置p的值，A是一个其中心处于p的很小方形表面(几个象素)。

通过使偏微商绝对值A上的和值之积极大，我们确保网点是一个其垂直和水平位置能够容易检测的结构。

此后，根据下述步骤用图象处理子系统6处理TS的每个图象：

-相对于参考图象中的相应网点识别TS图象的各个网点的位移

 ΔX，ΔY。在这个实施例中，用最大相关方法进行操作：把一个

 其中心在网点坐标X0，Y0上的参考图象的小矩形部分S0，同

 一个其中心被逐步移到TS图象各个位置(象素)上的具有相同

 尺寸的部分S1进行比较，以找出在该处相关系数具有其最大值

 的位置X1，Y1。然后由ΔX＝X1-X0和ΔY＝Y1-Y0给出位移。

-进行TS图象的变形，使它的网点具有与参考图象中网点相同的

 位置。在这个实施例中，使用业已叙述过的被叫作“双通网格扭

 曲”的算法(见对比文件1)，进行运算。-对图象各象素的平均Avg(P)和标准偏差Sgm(P)的变形后TS图象进行计算。在检查阶段时期，根据本发明的本实施例，图象处理子系统6：-先对摄像机1捕捉的要检验的每个图象，进行与模型建立阶段时期所用相同的变形。从而要检验的图象以这样一种方式变形，以致于它的网点具有与参考图象中一样的位置。-此后，在要检验图象的每个象素P的值I(P)与平均Avg(P)的相应值之间，计算其差值Δ(P)。-最后，拒绝过度形变的有缺欠的任何片(即，其中至少一个网点的位移大于业已确定阈值的片)。它还对那些在中心为P和半径为R的区域内的至少M个象素上Δ(P)＞KSgm(P)的片，予以拒绝。参数K、M和R可由操作员选择，以(借助操作员接口7)确定检查精细性。其它的优选实施例包括：a)用矩阵摄像机代替线性摄像机。在这种情况下，照明子系统必须使用与摄像机图象频率同步的闪光装置，以保证图象的正确捕捉。b)用TS的平均图象作参考图象。c)人工选择网点d)使用许多的小掩模(模板)，(每个掩模的中心都在一个网点上)，去用一种例如叫作“最佳迭加”(或最佳匹配)的技术来搜索网点的位移。e)业已提及的方法，其中，用形变模型的方式使其网点具有与要检查图象中相同的位置，而不用形变要检查图象的方式使其网点的定位象在模型(参考图象)中一样。f)使用不同于与标准偏差成正比的阈值定义。

Claims (9)

1.一种通过使用一个光电图象捕捉设备和一个图象处理系统而对在可变形载体上打印的图象的打印质量进行自动判断的方法，所述光电图象捕捉设备用于捕捉被打印的载体的一个训练集的图象和所要检测的图象，且所述图象处理系统用于从所捕捉的训练集的图象提取被认为没有变形的一个参考图象、把一个网格叠加到所述参考图象上并在该网格的每一个网格单元中选择被称为网点的一种特征结构、为每个网点定义一个变形阈值、通过把一个适宜的网格重迭在要检测的图象上而测量所述载体的变形、测量网格的网点相对于它们在所述参考图象中的位置的位移、使所要检查的图象发生变形从而使这些图象的网点具有与所述参考图象的网点相同的位置、并把测量到的位移与所述阈值相比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其中参考图象是所述训练集的图象之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其中不变形的参考图象是所述训练集的平均图象。

4.根据权利要求1所述的方法，其中诸网点被自动地定位在根据由以下公式定义的量的各个网格单元内的极大值上： $q=\left({\mathrm{\Σ}}_A\right|\frac{\∂I\left(P\right)}{\∂X}\left|\right)\·\left({\mathrm{\Σ}}_A\right|\frac{\∂I\left(P\right)}{\∂Y}\left|\right)$

其中I(P)是在象素P处的电子图象的值，且A是以P为中心的几个象素组成的一个非常小的正方形表面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中借助任何一种用于提取熟知的特征结构的技术，通过在各个网格单元内提取按照拓扑或几何观点的一个特征，例如尤其是周线、边、角、段、孔等，而自动地识别诸网点。

6.根据权利要求1所述的方法，其中借助“双通网格扭曲”算法，得到图象的变形。

7.根据权利要求1所述的方法，其中根据包括弹性变形、双线性内插或任何等级的内插、和网格单元的刚性变换的技术，通过近似而计算所述图象的变形。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，用使参考图象变形的方式去得到与在要检查图象中相同的网点位置，而不是用变形要检查图象的方式去得到与在参考图象中相同的网点位置。

9.一种通过使用一个光电图象捕捉设备和一个图象处理系统而对在可变形载体上打印的图象的打印质量进行自动判断的方法，所述光电图象捕捉设备用于捕捉被打印的载体的一个训练集的图象和所要检测的图象，且所述图象处理系统用于从所捕捉的训练集的图象提取被认为没有变形的一个参考图象、搜索所述参考图象的被称为网点的特征结构、为每个网点定义一个变形阈值、测量印有该所要检测的图象的所述载体的变形、测量所述网点相对于它们在所述参考图象中的位置的位移、使所要检查的图象发生变形从而使这些图象的网点具有与所述参考图象的网点相同的位置、并把测量到的位移与所述阈值相比较，在所述参考图象的区域中和打印有所要检查的图象的载体上对所述网点的搜索是通过随机搜索或任何其他方式而进行的。

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