CN113916907B - 一种光栅立体画印刷质量检测方法 - Google Patents

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Abstract

为解决传统自动检测装置中所拍摄图像的不确定性导致光栅立体画难以进行印刷质量检测的问题，本发明提出了一种光栅立体画印刷质量检测方法，该方法能够在光栅立体画在水平方向上存在印刷位置随机误差的条件下，实现光栅立体画印刷质量的自动检测。该检测方法硬件上由最佳观看距离上水平放置的4台相机及计算机系统构成。计算机系统采集到的图像与标准图像进行比对，得到印刷质量的检测结果。四台相机的间距经过精确设计以使得至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过视区宽度的1/8，从而可获得准确的比对结果。

Description

一种光栅立体画印刷质量检测方法
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种光栅立体画印刷质量检测方法。
背景技术
光栅立体画由柱透镜光栅和印制的视差合成图像精密耦合而成。大批量制备光栅立体画时，其通常直接在柱透镜光栅上印制视差合成图像。然而，印制的视差合成图像可能出现各类印制问题，如缺色、漏印、倾斜等。为此，需要对印制的光栅立体画进行质量检测。因光栅立体画在不同空间方向上显示不同的立体视差图像，且光栅立体画印刷过程中在水平方向上一定存在印刷位置的随机误差，故现有自动视觉检测装置或方法难以对其进行自动化检测。具体的，单目或多目照相机位置可能处于任意一幅视差图像的视区内，也有可能处于两幅视差图像视区的交界位置，这种所拍摄图像的不确定性使得传统的图像比对方法难以判断光栅立体画印刷质量。因此，目前工厂内的检测以人工目检为主。为此，本发明提出了一种光栅立体画印刷质量检测方法。该光栅立体画印刷质量检测方法根据被检测光栅立体画的几何光学结构设置照相机排布，使得该方法能够在光栅立体画在水平方向上存在印刷位置随机误差的条件下，实现光栅立体画印刷质量的自动检测。
发明内容
为解决传统自动视觉检测装置中，因光栅立体画印刷过程中在水平方向上一定存在印刷位置的随机误差，单目或多目照相机位置可能处于任意一幅视差图像的视区内，也有可能处于两幅视差图像视区的交界位置，所拍摄图像的不确定性使得传统的图像比对方法难以判断光栅立体画印刷质量问题，本发明提出了一种光栅立体画印刷质量检测方法，该方法能够在光栅立体画在水平方向上存在印刷位置随机误差的条件下，实现光栅立体画印刷质量的自动检测。
该光栅立体画印刷质量检测方法硬件上由水平放置的4台相机及计算机系统构成。
4台相机放置于被检测光栅立体画的最佳观看距离d上，以完成图像采集。设第一相机和第二相机之间的距离为l 1，第一相机和第三相机之间的距离为l 2，第二和第四相机之间的距离也为l 2，最佳观看距离上，每一幅视差图像对应的视区宽度为p，则有，l 1=p/4, l 2=3p/2。
计算机系统用以将4台相机采集到的图像与标准图像进行比对，得到印刷质量的检测结果。
该光栅立体画印刷质量检测方法按照以下流程进行光栅立体画印刷质量检测：
第一步：4台相机对被检测光栅立体画进行拍照；
第二步：计算机系统将4台相机拍摄到的图像与所有的N幅视差图像的标准图像分别进行比对，得到4N个相似度参数k ij，相似度参数k ij下标的第一位数字表示第i相机，第二位数字表示与第j幅视差图像比对， i的取值范围为1到4，j的取值范围为1到N；其用于对比的计算机图像相似度计算方法不作具体限定，但不采用直方图匹配这类与像素位置无关的图像相似度计算方法，即图像相似度计算方法应与像素位置相关；
第三步：与视差图像的标准图像相似度越高的，其相似度参数k ij越高，取上述所有4N个相似度参数k ij中的最大值为印刷质量的评价指数，当该最大值大于合格阈值k’时，认为印刷质量合格。
该光栅立体画印刷质量检测方法的技术原理为：
1、因光栅立体画印刷过程中在水平方向上一定存在印刷位置的随机误差，相机可能处于任意一幅视差图像的视区内；而本方法中，任意相机拍摄到的图像均与所有的N幅视差图像的标准图像进行比对并求相似度参数k ij的最大值，则无论相机处于哪一幅视差图像的视区内时，总能与对应的视差图像进行图像印刷质量的比对；
2、因光栅立体画印刷过程中在水平方向上一定存在印刷位置的随机误差，相机可能处于两幅视差图像视区的交界位置，此时该相机会拍摄到具有严重串扰的图像，而无法正确判断印刷质量；而本方法中，若第一相机位于两幅视差图像视区的交界位置，由l 2=3p/2，则第三相机一定位于某一视差图像视区的中心位置，根据光栅3D显示器光学原理，该中心位置是图像串扰最小的位置，从而第三相机所采集到的图像用于比对时，应具有最准确的结果；
3、第一相机越接近两幅视差图像视区的交界位置，则第三相机越接近某一视差图像视区的中心位置；当第一相机到两幅视差图像视区的交界位置的距离为p/4时，第三相机到另一两幅视差图像视区的交界位置的距离也为p/4；
4、当第一相机到两幅视差图像视区的交界位置的距离为p/4时；此时，因l 1=p/4，第二相机应处于某一视差图像视区的中心位置（p/4+ p/4= p/2）或两幅视差图像视区的交界位置（p/4- p/4=0）；若第二相机处于某一视差图像视区的中心位置，此时第二相机所采集到的图像用于比对时，应具有最准确的结果；若第二相机处于两幅视差图像视区的交界位置，则由l 2=3p/2，第四相机一定处于某一视差图像视区的中心位置，此时，第四相机所采集到的图像用于比对时，应具有最准确的结果；
5、第一相机、第三相机越远离某一视差图像视区的中心位置，则第二相机、第四相机其中之一一定越接近某一视差图像视区的中心位置，因l 1=p/4，l 2=3p/2，故4台相机中，一定至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过p/8，这一位置在柱透镜光栅3D显示中，通常串扰很小。
可选的，因至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过p/8，则l 1及l 2允许存在大小为±p/8的误差，此时，其仍然可保证至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过p/4。
可选的，第一相机、第二相机、第三相机及第四相机拍摄到的图像经图像校正后与所有视差图像的标准图像进行比对，图像校正具体包含几何校正。
可选的，与像素位置相关的图像相似度计算方法采用哈希算法进行比对，其相似度参数k ij为第i相机拍摄到的图像和第j幅视差图像的标准图像中具有相同哈希运算记录值的像素数目。
可选的，与像素位置相关的图像相似度计算方法采用区域分割图像重心检测法，其将第i相机拍摄到的图像和第j幅视差图像的标准图像分别分割成m个区域并在每个区域内进行重心计算，m在100至4096之间进行取值，其相似度参数k ij为位置相同且重心位置一致的区域个数。
可选的，与像素位置相关的图像相似度计算方法采用其他点匹配等传统图像相似度计算方法，从而获得相似度参数k ij。
综上所述，本方法可以在光栅立体画在水平方向上存在印刷位置随机误差的条件下，使得至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过p/8，且无论该相机处于哪一幅视差图像的视区内时，总能与对应的视差图像进行图像印刷质量的比对，从而获得准确的比对结果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明第三相机进行准确检测的原理示意图。
图3为本发明第四相机进行准确检测的原理示意图。
图标：100-视差合成图像；101-第一视差图像像素；102-第二视差图像像素；103-第三视差图像像素；104-第四视差图像像素；200-柱透镜光栅；301-第一视区；302-第二视区；303-第三视区；304-第四视区；401-第一相机；402-第二相机；403-第三相机；404-第四相机。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
图1为本实施例提供的光栅立体画印刷质量检测方法的结构示意图。该光栅立体画印刷质量检测方法硬件上由水平放置的4台相机及计算机系统构成。
被检测的立体光栅画由印刷的视差合成图像100及柱透镜光栅200耦合而成。该立体光栅画包含4个视点，因此，其视差合成图像100包含周期性排列的第一视差图像像素101、第二视差图像像素102、第三视差图像像素103及第四视差图像像素104。上述视差图像像素被柱透镜光栅投射到空间中，分别形成第一视区301、第二视区302、第三视区303及第四视区304。
上述各个视区的宽度p为60 mm，光栅立体画最佳观看距离d为400 mm。此时，设置的4台相机到被检测光栅立体画的距离为400 mm，即光栅立体画的最佳观看距离d上，以完成图像采集。设第一相机401和第二相机402之间的距离l 1为15 mm，第一相机和第三相机之间的距离l 2为90 mm，第二和第四相机之间的距离也为l 2，以上参数满足：l 1=p/4, l 2=3p/2。
计算机系统用以将4台相机采集到的图像与标准图像进行比对，得到印刷质量的检测结果。
该光栅立体画印刷质量检测方法按照以下流程进行光栅立体画印刷质量检测：
第一步：4台相机对被检测光栅立体画进行拍照；
第二步：计算机系统将第一相机401、第二相机402、第三相机403及第四相机404拍摄到的图像作几何校正后与所有的4幅视差图像的标准图像进行比对，得到16个相似度参数k 11, k 12, k 13, k 14, k 21, k 22, k 23, k 24, k 31, k 32, k 33, k 34, k 41, k 42, k 43, k 44。
所采用的比对方法为哈希算法。具体的，第i个相机拍摄到的图像作几何校正后转换为灰度图，并缩放到128（列）×128（行）分辨率；对该128（列）×128（行）分辨率灰度图求灰度平均值；128（列）×128（行）像素阵列中大于灰度平均值的像素记录值为1，小于等于灰度平均值的记录值为0；对第j幅视差图像的标准图像作同样运算，并与拍摄到的图像的运算结果进行比较，相似度参数k ij为第i个相机拍摄到的图像及第j幅视差图像的标准图像作上述记录值计算后，对应行列位置记录值相同的像素数目。若两幅图像完全一致，则128（列）×128（行）点位上所有的记录值应一致，则相似度参数k ij应为16384。
第三步：取16个相似度参数k 11, k 12, k 13, k 14, k 21, k 22, k 23, k 24, k 31, k 32, k 33, k 34, k 41, k 42, k 43, k 44中的最大值为印刷质量的评价指数，并设置合格阈值k’为16300，当该最大值大于合格阈值k’时，认为印刷质量合格。
该光栅立体画印刷质量检测方法的技术原理为：
1、因光栅立体画印刷过程中在水平方向上一定存在印刷位置的随机误差，相机可能处于任意一幅视差图像的视区内；而本方法中，任意相机拍摄到的图像均与所有的N幅视差图像的标准图像进行比对并求相似度参数k ij的最大值，则无论相机处于哪一幅视差图像的视区内时，总能与对应的视差图像进行图像印刷质量的比对；
2、因光栅立体画印刷过程中在水平方向上一定存在印刷位置的随机误差，相机可能处于两幅视差图像视区的交界位置，此时该相机会拍摄到具有严重串扰的图像，而无法正确判断印刷质量；而本方法中，请参考图2，若第一相机401位于第一视区301和第二视区302的交界位置，由l 2=3p/2，第三相机403到第一相机401的距离l 2为90 mm，而所有视区的宽度p均为60 mm，则第三相机403一定位于第三视区303中心位置，根据光栅3D显示器光学原理，该中心位置是图像串扰最小的位置，从而第三相机403所采集到的图像用于比对时，应具有最准确的结果；
3、请参考图2，第一相机401越接近第一视区301和第二视区302的交界位置，则第三相机403越接近第三视区303的中心位置；请参考图3，当第一相机401到第一视区301和第二视区302的交界位置的距离为p/4=15 mm时，第三相机403到第二视区302和第三视区303的交界位置的距离也为p/4=15 mm；
4、请参考图3，当第一相机401到第一视区301和第二视区302的交界位置的距离为p/4=15 mm时；此时，因l 1=p/4=15 mm，第二相机402应处于第一视区301和第二视区302的交界位置，则由l 2=3p/2=90 mm ，第四相机404一定处于第三视区303的中心位置，此时，第四相机404所采集到的图像用于比对时，应具有最准确的结果；
5、第一相机401、第三相机403越远离某一视差图像视区的中心位置，则第二相机402、第四相机404其中之一一定越接近某一视差图像视区的中心位置，因l 1=p/4=15 mm，l 2=3p/2=90 mm，故4台相机中，一定至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过p/8=7.5 mm，这一位置在柱透镜光栅3D显示中，通常串扰很小。
综上所述，本方法可以在光栅立体画在水平方向上存在印刷位置随机误差的条件下，使得至少存在一台相机到某一视差图像视区的中心位置的最小距离不超过p/8，且无论该相机处于哪一幅视差图像的视区内时，总能与对应的视差图像进行图像印刷质量的比对，从而获得准确的比对结果。

Claims (5)

1.一种光栅立体画印刷质量检测方法，其特征在于：该光栅立体画印刷质量检测方法硬件上由水平放置的4台相机及计算机系统构成；4台相机放置于被检测光栅立体画的最佳观看距离d上，以完成图像采集；设第一相机和第二相机之间的距离为l 1，第一相机和第三相机之间的距离为l 2，第二和第四相机之间的距离也为l 2，最佳观看距离上，每一幅视差图像对应的视区宽度为p，则有，l 1=p/4, l 2=3p/2；计算机系统用以将4台相机采集到的图像与标准图像进行比对，得到印刷质量的检测结果；
该光栅立体画印刷质量检测方法按照以下流程进行光栅立体画印刷质量检测：
第一步：4台相机对被检测光栅立体画进行拍照；
第二步：计算机系统将4台相机拍摄到的图像与所有的N幅视差图像的标准图像分别进行比对，得到4N个相似度参数k ij，相似度参数k ij下标的第一位数字表示第i相机，第二位数字表示与第j幅视差图像比对，i的取值范围为1到4，j的取值范围为1到N；其用于对比的计算机图像相似度计算方法不作具体限定，但该图像相似度计算方法应与像素位置相关；
第三步：与视差图像的标准图像相似度越高的，其相似度参数k ij越高，取上述所有4N个相似度参数k ij中的最大值为印刷质量的评价指数，当该最大值大于合格阈值k’时，认为印刷质量合格。
2.如权利要求1所述的一种光栅立体画印刷质量检测方法，其特征在于：l 1及l 2允许存在不超过±p/8的误差。
3.如权利要求1所述的一种光栅立体画印刷质量检测方法，其特征在于：第一相机、第二相机、第三相机及第四相机拍摄到的图像经图像校正后与所有视差图像的标准图像进行比对，图像校正具体包含几何校正。
4.如权利要求1所述的一种光栅立体画印刷质量检测方法，其特征在于：图像相似度计算方法采用哈希算法进行比对，其相似度参数k ij为第i相机拍摄到的图像和第j幅视差图像的标准图像中具有相同哈希运算记录值的像素数目。
5.如权利要求1所述的一种光栅立体画印刷质量检测方法，其特征在于：图像相似度计算方法采用区域分割图像重心检测法，其将第i相机拍摄到的图像和第j幅视差图像的标准图像分别分割成m个区域并在每个区域内进行重心计算，m在100至4096之间进行取值，其相似度参数k ij为位置相同且重心位置一致的区域个数。
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