CN1670514A - 用于检测片状材料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于检测片状材料的装置及方法。该装置包括传输装置、照射装置、接收装置、以及信息处理装置。传输装置用于承载并传输片状材料；照射装置用于将光照射到片状材料上；接收装置用于接收从片状材料漫射或反射的光，并将所接收的光转变成相应的检测图像；信息处理装置用于采集并处理检测图像，并将检测图像与模板进行比较，以便检测片状材料的彩色印刷质量。

Description

用于检测片状材料的装置和方法

技术领域

本发明涉及检测装置和方法，尤其涉及用于检测片状材料的装置和方法。

背景技术

片状材料彩色印刷质量检查装置对检查精度、检查速度的要求很高。目前，世界上只有瑞士的ORMA----GIORI-----DE LA RUE公司生产出了大张钞票彩色印刷质量检查机Nota Save Check II。但是，这种机器的检查方法是通过下式将图像彩色的三刺激值R(红色值)、G(绿色值)、和B(蓝色值)转换成黑白灰度J值，即：

          J＝KrR+KgG+KbB    (1)

在上式中，Kr、Kg、和Kb是在大张上分区域设定的分别与红色、绿色、以及蓝色对应的转换系数。从而，可以将彩色图像转换成黑白图像。

上述方法可称之为“黑白模型”，它的优点是将信息量由2²⁴位减小为2⁸位，即信息量减少到6万5千分之一，这对于简化系统和加快检查速度无疑是很有意义的。但是，因为丢失了彩色信息，而企图用灰度信息来反映彩色状况是有严重缺陷的，即不能检查出彩色印刷的色度(如色调和饱和度)误差；另一方面，为了使上述“黑白模型”能部分反应彩色印刷的某种色度误差现象，便需要建立许多实施的检查模型，为此，在检查现场，需要耗时几个月才能建立起预定的检查算法模型。上述“黑白模型”还有一个严重缺点，即对使用环境极其敏感，例如，这种“黑白模型”对照明光源和钞票纸的颜色变动就很敏感，所以工作中一天至少要做三次白平衡校正工作。

因此，需要能够克服上述缺陷的用于检测片状材料的彩色印刷质量的装置和方法

发明内容

本发明的主要目的在于提供克服了上述现有技术的至少一个缺陷，能够高速度检查片状材料(例如包括35小张钞票的大张钞票)的彩色印刷质量的检测装置和方法。

本发明的一个目的在于提供计算数据量不大、对环境的敏感度低、并能准确快速检测片状材料的彩色印刷质量的检测装置和方法。

本发明的另一目的在于提供结构简单、检查速度快的片状材料印刷质量检测装置。

本发明提供了一种用于检测片状材料彩色印刷质量的装置，该装置包括传输装置、照射装置、接收装置、以及信息处理装置，传输装置用于承载并传输待检测的片状材料；照射装置用于将光照射到待检测的片状材料上；接收装置用于接收从片状材料反射或漫射的光，并将所接收的光转换为相应的检测图像；信息处理装置用于采集并处理该检测图像，储存所建立的模板，并将检测图像与所建立的模板进行比较，以便检测该片状材料的彩色印刷质量；上述的照射装置包括用于将光线照射到片状材料上的光源；接收装置包括至少一个线阵CCD彩色摄像机组，该线阵CCD彩色摄像机组包括至少两个线阵CCD彩色摄像机。根据本发明，在进行检测之前需要建立模板，通过肉眼观察，挑选一定数量的好品，利用根据本发明的装置逐一采集好品的图像，将多个好品的图像进行平均化处理，即得出一个模板，随着检测的进行，需要不断对模板进行修正，使其更趋标准。

信息处理装置包括处理装置，该处理装置包括：预处理装置，用于对所述检测图像进行预处理；模板建立装置，用于建立模板并对模板进行修正；以及比较装置，用于将所述经过预处理的检测图像与所述模板进行比较。

传输装置可以是滚筒，片状材料被贴附在滚筒上，随着滚筒一起运动，在靠近滚筒的位置还设置有刮板，用于防止片状材料翘起，使片状材料紧贴在滚筒上。光源是光纤线形光源，可将光线均匀照射到该片状材料上。该光源的前部设置有聚光透镜，用于将光线聚集到片状材料上。该聚光镜优选采用圆柱形聚光透镜。

在上述传输装置上设置有编码器，该编码器能够传感滚筒旋转角度的信号，从而输出一个控制信号，以使传输装置、照射装置、以及接收装置同步工作。

上述检测装置中的信息处理装置包括：采集装置，用于采集来自照射装置的检测图像；处理装置，该处理装置用于接收采集装置采集的检测图像，对检测图像进行预处理，通过采集和平均化处理过的图像建立模板，并将经过预处理的检测图像与模板进行比较；存储装置，用于储存模板及部分检测图像；输入装置，用于输入指令，以改变模板参数并控制传输装置的传输速度；以及输出装置，用于将比较结果输出。

本发明还提供了一种用于检测片状材料彩色印刷质量的方法，其包括以下步骤：使用传输装置承载并传输该片状材料；使用照射装置照射该片状材料；使用接收装置接收该片状材料反射或漫射的光线，并将其转化为检测图像，检测图像为彩色图像；使用信息处理装置采集该检测图像；以及使用信息处理装置对检测图像进行处理，将检测图像与预先建立的标准模板进行比较。

在上述方法中，使用信息处理装置对该检测图像进行处理的步骤包括对检测图像的色度误差进行检查，以及对检测图像的色度误差之外的其他印刷误差进行检查。

对检测图像的色度误差进行检查的步骤包括按照彩色图像的颜色分区进行采样检查，和采用LUV色度算法对彩色图像进行检测。采样检查步骤中的采样密度为原始图像的4％。

对检测图像的色度误差之外的其他印刷误差进行检查的所有步骤包括将彩色图像转变成黑白图像，以及采用逐点法对黑白图像进行检查。

根据本发明提供的用于检测片状材料的彩色印刷质量的装置和方法的优点如下：

1.根据本发明的装置和方法采用直接检测彩色印刷的色度和色度误差的方法，避免用CheckII所采用的“黑白模型”带来的建模困难和检查色度的失误，对环境也不敏感；

2.根据本发明的装置和方法采用了国际色度标准LUV算法，而该标准算法是由许多国家的很多颜色专家经过几十年研究后得出的国际色度标准算法，是评价颜色色度的很好的标准算法；由于采用该标准算法，使得对颜色的评价比较客观真实，并且容易与国际相关的技术接轨；

3.根据本发明的装置和方法采用了少量(4％)抽样检查的方法，大大减少了计算和存储量，显著简化了计算设备，同时提高了运算速度；

4.在本发明中使用圆柱形聚光镜将光源发出的光线汇聚到片状材料上，相对于现有技术中使用的双平凸柱形透镜组成的聚光透镜而言，根据本发明的检测装置的结构大为简化，成本大大降低；以及

5.由于传输装置上同时结合使用了编码器，所以允许滚筒的转动速度不恒定，降低了对机械的精度要求，可以调整滚筒的转动速度，并可使传输装置、照射装置、接收装置同步工作，提高了检测精度。

附图说明

图1是根据本发明的检测装置的原理结构图；

图2是图1所示检测装置中的部分部件的剖面图；

图3是沿图2所示A-A′切线方向观察的剖面图；

图4是图1所示的检测装置中的信息处理装置的框图；

图5是根据本发明的检测片状材料彩色印刷质量的方法的流程图；

图6是图5中使用信息处理装置对检测图像进行处理的流程图；

图7是图6所示的方法中的步骤602的流程图；

图8是图6所示的方法中的步骤604的流程图；以及

图9是利用根据本发明的检测装置对片状材料的彩色印刷质量进行检测的原理框图。

具体实施方式

现在参考附图说明本发明。图1是根据本发明的检测装置的结构图。该检测装置100包括传输装置102，用于承载并传输片状材料103(未示出)；照射装置104，用于将光照射到所述片状材料上；接收装置106，用于接收从片状材料漫射或反射的光，并将所接收的光转换为相应的检测图像，该检测图像是彩色图像；信息处理装置400，用于采集并处理检测图像，并将检测图像与模板进行比较，以便检测片状材料的彩色印刷质量。模板建立过程如下，在进行检测之前需要建立模板，通过肉眼观察，挑选一定数量的好品，利用根据本发明的装置逐一采集好品的图像，将多个好品的图像进行平均化处理，即得出一个模板，随着检测的进行，需要不断对模板进行修正，使其日趋标准。照射装置104包括光源，用于将光线照射到片状材料上；接收装置106包括至少一个线阵CCD摄像机组，该线阵CCD摄像机组包括至少两个线阵CCD摄像机。在图1所示的检测装置100中，光源采用了光纤线形光源，可以将光线均匀照射到该片状材料上。传输装置102可以采用滚筒。在该光源的前方设置有聚光透镜110，用于将光线聚集到片状材料上。该聚光镜优选是圆柱形聚光镜。在传输装置102的传动轴上还设置有编码器108，传感来自传输装置102的旋转角度信号，输出一个控制信号，以使传输装置102、照射装置104、以及接收装置106同步工作。

图2是图1所示检测装置中的部分部件的剖面图。图3是沿图2所示A-A′切线方向观察的剖面图。在该实施例中，接收装置106被设置在传输装置102的上方，照射装置104也设置在传输装置102的上方，在传输装置102上设置有编码器108。在该实施例中，传输装置102优选采用滚筒，照射装置104包括光源114，优选采用光纤线形光源，其前部设置有聚光透镜110，优选采用柱形透镜，接收装置优选采用彩色CCD摄像机。

在该实施例中，接收装置106采用了四台彩色线阵CCD摄像机，用于同时对滚筒上的片状材料(在本实施例中片状材料是大张钞票)进行摄像。当滚筒转动并带动大张钞票运动时，四台彩色线阵CCD摄像机便能同时摄取到大张钞票的部分图像，再经过拼图后，就得到了完整的大张钞票的彩色图像。

在该实施例中，光纤线形光源优选是两个，二者射出的光线都被圆柱透镜汇聚在大张钞票上，使大张钞票上的检测部分的照度大大提高，同时，照射的均匀性也有所改善。

在滚筒102上，同轴安装有编码器108，响应来自滚筒102的旋转角度信号，输出一个控制信号，以使传输装置102、照射装置104、以及接收装置106同步工作，从而，能够获得大张钞票运动的最高精度的同步信号。

图4是图1所示的检测装置100中的信息处理装置400的电路框图。该信息处理装置400包括：采集装置402，用于采集来自接收装置106的检测图像，并在编码器108的同步信号作用下，实现图像采集及片状材料运动的同步；处理装置403，其包括：预处理装置404，用于接收采集装置202所采集的检测图像，对检测图像进行预处理；模板建立装置406，用于建立模板并对模板进行修正；以及比较装置408，用于将经过预处理的检测图像与模板进行比较。该信息处理装置400还包括：存储装置410，用于储存模板及部分检测图像；输入装置412，用于输入指令，以改变模板参数并控制所述传输装置102的传输速度，输入装置412包括但不限于鼠标、轨迹球、键盘、触摸屏、输入板等装置；以及输出装置414，用于将比较结果输出，输出装置414包括但不限于显示器、打印机等。该采集装置402包括图像采集卡(可以从市场上买得到，如加拿大Coreco公司生产的Viper图像采集卡)，该处理装置403可采用包括中央处理器(如IBM公司生产的CPU)的图像处理卡(例如，加拿大Coreco公司生产的Mamba图像处理卡)；处理装置403也可以采用包括数字信号处理器(DSP)(例如美国德州仪器公司生产的TMS320C6201数字信号处理器)的图像处理卡(例如，加拿大Coreco公司生产的Python图像处理卡)。

图5是根据本发明的检测片状材料彩色印刷质量的方法的流程图。该检测方法包括以下步骤：步骤502，使用传输装置102承载并传输片状材料；步骤504，使用照射装置104照射该片状材料；步骤506，使用接收装置106接收所述片状材料反射或漫射的光线，并将其转化为检测图像，检测图像是彩色图像；步骤508，使用信息处理装置400采集所述检测图像，并利用编码器108的同步信号实现图像同步采集；以及步骤510，使用信息处理装置400对所述检测图像进行处理，将所述检测图像与预先建立的模板进行比较。根据本发明的一个实施例，在进行检测之前需要建立模板，即，通过肉眼观察，挑选一定数量的好品，利用根据本发明的装置逐一采集好品的图像，将多个好品的图像进行平均，即得出一个模板，随着检测的进行，需要不断对模板进行修正，使其更趋标准。

图6是图5所示的方法中的步骤510的流程图。步骤510包括：步骤602，利用处理装置403对检测图像的色度误差进行检查，例如，在根据本发明的实施例中所采用的标准为：小于等于0.2NDS(色差单位)为好品，反之为废品；步骤604，利用处理装置403对检测图像的色度误差之外的所有印刷误差进行检查，例如，对图像的深浅、残缺、斑点、错位、畸变等印刷误差进行检查。

图7是图6所示的方法中的步骤602的流程图。步骤602包括：步骤702，按照所述彩色图像的颜色分区进行采样检查，也就是说，先将不同颜色分成不同的区域，例如，分别将红色、绿色、蓝色分成红色区域、绿色区域、以及蓝色区域，然后，对这些不同的颜色区域进行采样，采样的数量根据需要而定，最后，将所采取的样点与事先建立的标准模板进行比较，这种方法不同于传统使用的逐点检查法，显著地减少了运算量；步骤704，采用国际通用的LUV色度算法对所述彩色图像进行检测，将在下面详述。

图8是图6所示的方法中的步骤604的流程图。步骤604包括：步骤802，将彩色图像转变成黑白图像，采集装置402采集来自接收装置106的彩色图像，处理装置403对采集装置402采集到彩色图像根据下述已知公式来转变为黑白图像：J＝Kr*R+Kg*G+Kb*B，其中，J表示黑白灰度，Kr表示红色转换系数，R表示红色灰度值，Kg表示绿色转换系数，G表示绿色灰度值，Kb表示蓝色转换系数，B表示蓝色灰度值；步骤804，采用逐点法对转变出的黑白图像进行检查，例如，对图像的深浅、残缺、斑点、错位、畸变等印刷误差进行检查。

图9是利用根据本发明的检测装置100对片状材料的彩色印刷质量进行检测的原理框图。在该图中，彩色CCD摄像机采集到待检查的大张钞票的彩色图像902，并且分别输出三刺激色R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)图像信号。由于光源照明不均匀及彩色CCD摄像机响应的不均匀，造成图像灰度不均匀，所以要对此进行图像非均匀补偿904；此外，又由于光源的变化及彩色CCD摄像机对RGB颜色响应的差别，故要对彩色CCD摄像机进行白平衡校正906，可利用靶标的白色区对彩色CCD摄像机进行白平衡校正，这是本领域技术人员所熟知的。

经过图像预处理后，就要进行彩色印刷质量检查。在检查中采用国际通用的LUV色度模型进行图像LUV色度变换908，它的公式如下：

$L=116{\left(\frac{y}{y_0}\right)}^{\frac{1}{3}}-16---\left(2\right)$

U＝13L(u-u₀)                                   (3)

V＝13L(v-v₀)                                   (4)

在上式中：

$U=\frac{4x}{x+15y+3z},V=\frac{9x}{x+15y+3z}$

u₀＝0.201

v₀＝0.545

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2.768& 1.7517& 1.132\\ 1.0002& 4.5907& 0.0600\\ 0& 0.0565& 5.5943\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

公式(2)描述的是黑白图像，可用于检查大张钞票图像的几何尺寸误差、斑点疵病、浅印、深印、缺印、和纸张缺陷等，即包括彩色以外的其他印刷误差的检查，而且此种检查是逐点依次进行的。

公式(3)和(4)描述的是色度图像，可用于检查彩色印刷的色彩误差。在本装置中，上述彩色图像的色度检查不是逐点进行的，而是按颜色分区再进行采样检测的，采样密度为原始图像的4％左右，因而彩色图像处理的数据量大为减少。采样密度为原始图像的4％左右的原因可作如下说明：一小张钞票的像元点数约为320,000个，若将此小张钞票按颜色分成16个区，则每个区的平均图像点数为20,000个；如果采样密度取为4％，即可取得800个采样点。对于一个颜色一致的小区，测量如此多的采样点的色度误差，它的平均色度误差就足以精确代表区域内的平均误差。因此，采样密度取为原始图像的4％左右是允许的。上述的检查可以概括为：对L图像进行几何尺寸检测910、斑点疵病检测912、浅印深印缺印检测914、纸张缺陷检测916，对U图像进行采样检测918，同时对V图像进行采样检测920。当以上检查完成后，对所有检查结果进行彩色印刷质量分析922，此步骤中，除了对印刷误差进行分析外，也对印刷质量作综合评定。大张钞票印刷质量经过综合评定后，便要进行如下操作：

1、将好品输入好品仓924；

2、将废品输入废品仓，并发出声光警报926；

3、对机器进行控制，根据废品出现的情况，控制机器的运行速度928；以及

4、对产品质量进行统计，必要时还可以联网，通报产品情况930。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种用于检测片状材料的装置，所述装置包括：

传输装置，用于承载并传输所述片状材料；

照射装置，用于将光照射到所述片状材料上，并产生反射或漫射的光；

接收装置，用于接收从所述片状材料反射或漫射的光，并将所接收的光转换为检测图像；

信息处理装置，用于采集并处理所述检测图像，并将所述检测图像与标准模板进行比较，以便检测所述片状材料的彩色印刷质量；

其特征在于：

所述照射装置包括光纤线形光源；

所述接收装置包括至少两台线阵CCD彩色摄像机；以及

所述信息处理装置包括处理装置，其中所述处理装置包括：

预处理装置，用于对所述检测图像进行预处理；

模板建立装置，用于建立模板并对所述模板进行修正；以及

比较装置，用于将所述经过预处理的检测图像与所述模板进行比较。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传输装置是滚筒。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光纤线形光源可将所述光均匀照射到所述片状材料上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述光源的前方设置有聚光透镜，用于将光线聚集到所述片状材料上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述聚光透镜是柱形聚光透镜。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述传输装置上包括编码器，所述编码器响应来自所述传输装置的旋转角度的信号，并输出一个控制信号控制所述传输装置、所述照射装置、以及所述接收装置同步工作。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述信息处理装置还包括：

采集装置，用于采集来自所述接收装置的检测图像；

存储装置，用于储存所述模板及部分检测图像；

输入装置，用于输入指令，以改变所述模板参数并控制所述传输装置的传输速度；以及

输出装置，用于将所述比较结果输出。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采集装置包括图像采集卡。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理装置包括数字信号处理器或中央处理器。

10.一种用于检测片状材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)使用传输装置承载并传输所述片状材料；

b)使用照射装置照射所述片状材料；

c)使用接收装置接收所述片状材料反射或漫射的光线，并将其转化为彩色检测图像；

d)使用信息处理装置采集所述彩色检测图像；以及

e)使用预处理装置对所述彩色检测图像进行处理，并使

用比较装置将所述彩色检测图像与预先建立的模板比较。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤e包括：

f)对所述彩色检测图像的色度误差进行检查；以及

g)对所述彩色检测图像的色度误差之外的其它印刷误差进行检查。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤f包括：

h)按照所述彩色检测图像的颜色分区进行采样检查；以及

i)采用LUV色度算法对所述彩色检测图像进行检测。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述采样检查中的采样密度为原始图像的4％。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤g包括：

j)将所述彩色检测图像转变成黑白检测图像；以及

k)采用逐点法对所述黑白检测图像进行检测。

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