CN112829464B - 基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法、装置和存储介质 - Google Patents

基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法、装置和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法及设备，该方法包括：在喷墨打印完毕后，获取所打印的瓷砖的打印图案；对打印图案进行特征提取，获得打印图像的第一特征信息；获取瓷砖对应的标准图案；对标准图案进行特征提取，获得标准图案的标准特征信息；将第一特征信息和标准特征信息进行对比，获得第一对比结果；将第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制。本方案可以实时检测打印瓷砖的打印图案的特征信息，从而结合模糊PID控制策略，可以快速地修正其色差，使得打印实际图案与标准图案一致，控制精度较高，且大幅提升打印准确率，具有较好的打印效果，可广泛应用于瓷砖生产行业中。

Description

基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及计算机处理领域，特别是涉及一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法、装置和存储介质。
背景技术
喷墨打印技术集电控、墨水使用、机械合成图案设计、数控操作等多领域先进技术于一身，该技术在瓷砖产品上的运用，可使产品分辨率大幅度提高，瓷砖的产品分辨率由普通技术的72dpi提高到360dpi。如果采用通俗的像素来表示，则瓷砖的产品分辨率可由现有辊筒印花效果的240万像素提升到1200万像素，因此，采用喷墨打印瓷砖可充分提高陶瓷产品的图案清晰度。在瓷砖的生产过程中，如果采用传统的印花方式，分色后的各色网版图案通常是不重叠的，即每种颜色都是独立成色的，依靠各版印花釉颜色的调配，实现图案的颜色层次。而如果采用喷墨打印则没有这方面的限制，任何部位都可以由各色墨水混合，喷墨打印采用的数码技术带来的精确定位，既可以在相邻部位实现相差大的混色比例从而产生明显的颜色界限，也可以按极小的混色比例差产生渐变的过渡效果，这种渐变包括颜色深浅变化和色调变化，当使用5色或6色墨水时，色调的变化可以使图案效果更接近于自然天成。但是，在瓷砖的喷墨打印过程中，由于打印结果会存在一定的偏差，导致打印的瓷砖有一定的色差，现有方案中主要是采用人工检测的方式对打印偏差进行检测，然后再结合人为经验进行偏差纠正，不仅效率较低，而且准确度低，效果较差。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制、装置和存储介质。
本申请实施例第一方面提供了一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法，包括以下步骤：
在喷墨打印完毕后，获取所打印的瓷砖的打印图案；
对所述打印图案进行特征提取，获得所述打印图案的第一特征信息；
获取所述瓷砖对应的标准图案的标准特征信息；
将所述第一特征信息和所述标准特征信息进行对比，获得第一对比结果；
将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制。
在一实施例中，所述方法通过以下步骤进行特征提取：
对待处理图案进行预处理；其中，所述待处理图案包括所述打印图案和所述标准图案；
采用亮度分级算法对预处理后的待处理图案进行亮度级划分，以确定图像像素点的亮度等级；
基于国际色卡系统，根据所划分的图像像素点的亮度等级，利用颜色直方图提取获得待处理图案的分色统计特征信息。
在一实施例中，所述喷墨打印执行机构包括供墨控制系统、主控制系统、喷头驱动控制系统和喷头，所述主控制系统分别与供墨控制系统和喷头驱动控制系统连接，所述供墨控制系统用于接收所述主控制系统的运行指令后，按照运行指令设定的供墨参数运行，控制所述喷头的喷墨墨水供给，所述喷头驱动控制系统用于接收所述主控制系统发送的打印图案的数字信号后，根据所述数字信号产生对应的激励信号，并根据所述激励信号控制所述喷头进行移动。
在一实施例中，所述第一对比结果包括所述第一特征信息和所述标准特征信息的差值和变化率。
在一实施例中，所述模糊PID控制系统包括模糊控制器和PID控制器，所述模糊控制器将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制，具体为：
将所述第一特征信息和所述标准特征信息的差值和变化率作为模糊控制器的输入，获得所述模糊控制器的三个输出；
将所述模糊控制器的三个输出输入到PID控制器，获得所述PID控制器的控制参数后，根据获得的控制参数对喷墨打印执行机构进行反馈控制。
在一实施例中，所述模糊控制器的模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中，所述模糊子集中的元素依次分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；所述标准特征信息的差值的论域为[-Ea,Ea]，Ea为描述该差值范围的正实数；所述标准特征信息的变化率为[-De,De]，De为描述该差值变化率范围的正实数；Ea和De的量化等级均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。
在一实施例中，所述PID控制器的控制参数为：
Figure GDA0003368342320000031
其中，Kp、Ki、Kd表示PID控制器的控制参数，Kp0、Ki0、Kd0表示PID控制器的初始控制参数，Δkp、Δki、Δkd表示模块控制器的三个输出参数。
本申请实施例第二方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的方法步骤。
本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述的方法步骤。
本申请实施例第四方面提供了一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制系统，所述系统包括图像采集装置、计算机控制系统和喷墨打印执行机构，所述图像采集装置用于采集打印的瓷砖的打印图案，所述计算机控制系统分别与所述图像采集装置和所述喷墨打印执行机构连接，所述计算机控制系统包括处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述的方法步骤。
本申请实施例的有益效果是：本申请实施例通过在喷墨打印完毕后，获取所打印的瓷砖的打印图案；对所述打印图案进行特征提取，获得所述打印图像的第一特征信息；获取所述瓷砖对应的标准图案；对所述标准图案进行特征提取，获得所述标准图案的标准特征信息；将所述第一特征信息和所述标准特征信息进行对比，获得第一对比结果；将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制。可以实时检测打印瓷砖的打印图案的特征信息，从而结合模糊PID控制策略，可以快速地修正其色差，使得打印实际图案与标准图案一致，控制精度较高，且大幅提升打印准确率，具有较好的打印效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单说明，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法的流程图；
图2是本申请实施例的进行特征提取的流程示意图；
图3是本申请实施例的喷墨打印执行机构的结构示意图；
图4是本申请实施例的模糊PID控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，用于区分同类对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
参照图1，本申请实施例提供了一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法，包括以下步骤：
S20、在喷墨打印完毕后，获取所打印的瓷砖的打印图案；瓷砖的打印图案是采用图像采集设备在喷墨打印生产线上采集的辞职图案，一般是采用图像采集设备从瓷砖的正上方进行采集的图像。
S40、对所述打印图案进行特征提取，获得所述打印图像的第一特征信息；
S60、获取所述瓷砖对应的标准图案的标准特征信息；
每个打印瓷砖都是根据标准图案进行打印获得的，因此，这里，获取辞职对应的标准图案的标准特征信息，以进行下一步的比对。在具体处理过程中，标准特征信息可以是预先提取得到的，从而步骤S60直接获取该标准特征信息即可。也可以是在本方法的具体处理过程中，先获取所述瓷砖对应的标准图案，然后对所述标准图案进行特征提取，获得所述标准图案的标准特征信息；具体情况根据实际生产情况进行调整。如果打印的瓷砖图案较少变化，可以采用存储标准特征信息的方式，但是如果打印的图案变化比较多，则可以直接在每次打印新的标准图案时，提取对应的标准特征信息，无需存储所有标准图案的标准特征信息。
S80、将所述第一特征信息和所述标准特征信息进行对比，获得第一对比结果；
S100、将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制。
本实施例可以实时检测打印瓷砖的打印图案的特征信息，从而结合模糊PID控制策略，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制，使得喷墨打印执行机构可以快速地修正其打印色差，从容使得打印实际图案与标准图案一致，显著提高了陶瓷喷墨抛光砖的打印装饰效果，且控制精度较高，大幅提升打印准确率，具有较好的打印效果。而且相比现有技术人工检测的方式，本方案由于采用了PID模糊算法进行瓷砖打印的反馈控制，可以使得打印的瓷砖图案更精细、效果更逼真，具有更好的打印效果。
在一实施例中，参照图2所示，所述方法通过以下步骤进行特征提取：
S401、对待处理图案进行预处理；其中，所述待处理图案包括所述打印图案和所述标准图案；
S402、采用亮度分级算法对预处理后的待处理图案进行亮度级划分，以确定图像像素点的亮度等级；
S403、基于国际色卡系统，根据所划分的图像像素点的亮度等级，利用颜色直方图提取获得待处理图案的分色统计特征信息，从而提取获得的分色统计特征信息可以用于表征打印图案或标准图案。
本实施例中，采用相同的方法对打印图案和标准图案进行特征提取。首先，采用相同的预处理方式对打印图案和标准图案进行预处理，预处理步骤具体包括中值滤波降噪、分数阶图像增强处理及图像上下采样处理等常见的图像预处理步骤，使得图像更适合进行特征提取，提高提取精度和效率。然后采用亮度分级算法对预处理后的待处理图案进行亮度级划分，最后基于国际色卡系统，根据所划分的图像像素点的亮度等级，利用颜色直方图提取获得待处理图案的分色统计特征信息。通过步骤S401～S403提取的分色统计特征信息，可以精确反映打印图案或标准图案的特征，从而可以基于提取的特征信息进行比对，来确定打印效果。
在一实施例中，参照图3所示，所述喷墨打印执行机构包括供墨控制系统、主控制系统、喷头驱动控制系统和喷头，所述主控制系统分别与供墨控制系统和喷头驱动控制系统连接，所述供墨控制系统用于接收所述主控制系统的运行指令后，按照运行指令设定的供墨参数运行，控制所述喷头的喷墨墨水供给，所述喷头驱动控制系统用于接收所述主控制系统发送的打印图案的数字信号后，根据所述数字信号产生对应的激励信号，并根据所述激励信号控制所述喷头进行移动。所述喷头安装在瓷砖输送线的上方，用于对经过其下方的待打印瓷砖进行墨水供给，从而在待打印瓷砖上形成打印图案。图3中，用于采集瓷砖的打印图案的图像采集设备采用摄像头视觉检测系统，且摄像头视觉检测系统和主控制系统均与一计算机连接，该计算机用于执行本方法S20～S100所述的方法。
在一实施例中，所述第一对比结果包括所述第一特征信息和所述标准特征信息的差值和变化率。如前所述，特征信息是采用分色统计特征信息表征的，因此，比对结果包括分色统计特征信息的差值E和变化率dE/dt。
在一实施例中，如图4所示，所述模糊PID控制系统包括模糊控制器和PID控制器，所述步骤S100中模块控制器将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制，具体包括：
S1001、将所述第一特征信息和所述标准特征信息的差值E和变化率dE/dt作为模糊控制器的输入，获得所述模糊控制器的三个输出；
S1002、将所述模糊控制器的三个输出输入到PID控制器，获得所述PID控制器的控制参数后，根据获得的控制参数对喷墨打印执行机构进行反馈控制，在一实施例中，供墨系统主要控制与喷孔相连的墨水通道墨量，即控制系统产生控制墨量的流量控制信号，使之与要打印的标准图案的直方图颜色空间匹配；喷头驱动系统采用步进电机对喷头的位置进行控制，控制系统根据给定的标准图案的色彩的分布坐标，对喷头驱动系统进行控制，给出步进电机的脉冲控制信号，实现喷头的位置控制。
在一实施例中，所述模糊控制器的模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中，所述模糊子集中的元素依次分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；所述标准特征信息的差值的论域为[-Ea,Ea]，Ea为描述该差值范围的正实数；所述标准特征信息的变化率为[-De,De]，De为描述该差值变化率范围的正实数；Ea和De的量化等级均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。
在一实施例中，所述PID控制器的控制参数为：
Figure GDA0003368342320000061
其中，Kp、Ki、Kd表示PID控制器的控制参数，Kp0、Ki0、Kd0表示PID控制器的初始控制参数，Δkp、Δki、Δkd表示模块控制器的三个输出参数，即Δkp、Δki、Δkd为输入到PID控制器的参数，Kp、Ki、Kd为对喷墨打印执行机构进行控制的参数。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述实施例的方法步骤。本实施例提供的计算机存储介质，可执行本发明前述实施例提供的瓷砖喷墨打印控制方法，具体相应的功能和有益效果。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述实施例的方法步骤。本实施例提供的电子设备，可执行本发明前述实施例提供的瓷砖喷墨打印控制方法，具体相应的功能和有益效果。
进一步的，本申请实施例还提供一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制系统，所述系统包括图像采集装置、计算机控制系统和喷墨打印执行机构，所述图像采集装置用于采集打印的瓷砖的打印图案，所述计算机控制系统分别与所述图像采集装置和所述喷墨打印执行机构连接，所述计算机控制系统包括处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述的方法步骤。本实施例提供的一种瓷砖喷墨打印控制系统，可执行本发明前述实施例提供的瓷砖喷墨打印控制方法，具体相应的功能和有益效果。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在喷墨打印完毕后，获取所打印的瓷砖的打印图案；
对所述打印图案进行特征提取，获得所述打印图案的第一特征信息；
获取所述瓷砖对应的标准图案的标准特征信息；
将所述第一特征信息和所述标准特征信息进行对比，获得第一对比结果，所述第一对比结果包括所述第一特征信息和所述标准特征信息的差值和变化率；
将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制；
所述方法通过以下步骤进行特征提取：
对待处理图案进行预处理；其中，所述待处理图案包括所述打印图案和所述标准图案；
采用亮度分级算法对预处理后的待处理图案进行亮度级划分，以确定图像像素点的亮度等级；
基于国际色卡系统，根据所划分的图像像素点的亮度等级，利用颜色直方图提取获得待处理图案的分色统计特征信息；
所述喷墨打印执行机构包括供墨控制系统、主控制系统、喷头驱动控制系统和喷头，所述主控制系统分别与供墨控制系统和喷头驱动控制系统连接，所述供墨控制系统用于接收所述主控制系统的运行指令后，按照运行指令设定的供墨参数运行，控制所述喷头的喷墨墨水供给，所述喷头驱动控制系统用于接收所述主控制系统发送的打印图案的数字信号后，根据所述数字信号产生对应的激励信号，并根据所述激励信号控制所述喷头进行移动；
所述模糊PID控制系统包括模糊控制器和PID控制器，所述模糊控制器将所述第一对比结果输入到模糊PID控制系统，基于模糊PID算法，对喷墨打印执行机构进行反馈控制，具体为：
将所述第一特征信息和所述标准特征信息的差值和变化率作为模糊控制器的输入，获得所述模糊控制器的三个输出；
将所述模糊控制器的三个输出输入到PID控制器，获得所述PID控制器的控制参数后，根据获得的控制参数对喷墨打印执行机构进行反馈控制；
所述模糊控制器的模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中，所述模糊子集中的元素依次分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；所述标准特征信息的差值的论域为[-Ea,Ea]，Ea为描述该差值范围的正实数；所述标准特征信息的变化率为[-De,De]，De为描述该差值变化率范围的正实数；Ea和De的量化等级均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}；
所述PID控制器的控制参数为：
Figure FDA0003368342310000021
其中，Kp、Ki、Kd表示PID控制器的控制参数，Kp0、Ki0、Kd0表示PID控制器的初始控制参数，Δkp、Δki、Δkd表示模块控制器的三个输出参数。
2.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1的方法步骤。
3.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行如权利要求1的方法步骤。
4.基于视觉反馈的瓷砖喷墨打印控制系统，其特征在于，所述系统包括图像采集装置、计算机控制系统和喷墨打印执行机构，所述图像采集装置用于采集打印的瓷砖的打印图案，所述计算机控制系统分别与所述图像采集装置和所述喷墨打印执行机构连接，所述计算机控制系统包括处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行如权利要求1的方法步骤。
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