CN1842417A - 印刷期间制版控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一种印刷期间制版控制的方法中，为了限定一个印刷衬底的一个细部的半色调值R，记录该衬底细部的数字图像，由该图像确定图像点灰度值的频率分布，且由在图像点灰度值中心范围中的该频率分布将频率的最小值限定为灰度值的极限值，并且，为了计算衬底细部的半色调值R，将那些位于该极限值一侧的图像点计为覆盖，而将那些位于另一侧的图像点计为空白。一种图像获取装置用于记录其上可执行该方法的不同印刷衬底上的图像，具有一个电子照相机组件、一个安置在该电子照相机组件前面的成像物镜和一个照射衬底的照明装置，该照明装置包括一个明视场光源和一个暗视场光源，它们可彼此独立地启动且可在所有情况下调整其光强度。

Description

印刷期间制版控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的印刷期间制版控制的方法和一种根据权利要求10的前序部分所述的被设计用来执行该方法以在印刷衬底上获取图像的装置。

背景技术

传统的胶印版是通过胶片制造的。胶片可采用一个市场上买得到的透射光密度计精确地测量。晒版和显影期间，色调值在印版上发生变化，不过，可以将它保持恒定。因此，连同材料的稳定性、曝光和显影，胶片上的测量对于制版控制就足够了。

相比之下，不制版的印版或那些可通过激光编排图像(计算机直接制版)或通过印刷机中的数字印版产生编排图像(计算机直接印刷)的印版中不存在胶片。印版上的色调值不可能常常利用一个适用于纸张的密度计来足够精确地分析光密度地加以检测。在此，反差比是主要问题，确切地说，尤其是在表面光滑也即能够反射的印版中。尽管原则上可通过一个显微镜进行平面测量分析，但装置复杂且耗时。采用不同的测量仪器获得的测量结果的可比性也是个问题。此外，不能检测到进一步达到的质量参数。

发明内容

鉴于该现有技术，本发明的目的在于提供一种印刷期间进行制版控制的方法，使得能够在不同的印刷衬底上高精确地测量半色调值，比如印张、所有类型的印版、胶片，尤其是在用于印刷机中的数字印版产生的光滑印版上。本发明的另一个目的在于提供一种图像获取装置，利用该装置能记录不同印刷衬底尤其是具有反射面的光滑印版的适当图像以执行这种方法。

根据本发明，这些目的是通过一种具有权利要求1特征的方法和具有权利要求10特征的装置实现的。有利的改进之处在相应的从属权利要求2-9和11-18中作了明确的说明。

本发明的方法能够通过使用记录的数字图像自动地、高精确地确定印刷衬底细部的半色调值。该方法可用于所有类型的衬底，尤其是在数字图像中导致从覆盖区域向空白区域模糊过渡的灰度值分布的不利反差比的衬底。因此，可在不同类型的衬底之间进行有意义的对比。

此外，在有利的改进中，该方法围绕着所考虑的衬底细节的半色调值的同质性，以半色调值方差的形式提供了积分数量陈述，并且，以灰度值图像的形式提供了半色调值偏差的空间分解图示，从而能针对偏差的原因作出结论。

为了能在具有不利反差比的衬底的情况下自动评估质量足够高地记录数字图像，本发明提供了一种图像获取装置，此外，该图像获取装置的照明装置包括一个明视场光源和一个暗视场光源，它们在所有情况下都能单独地启动和调整。

虽然反射光密度计通常利用暗视场光亮源工作，但优选采用明视场光亮源来在比如光滑印版的反射衬底上进行测量，以便实现足够的反差。不过，不能单独采用这种类型的明视场光亮源来在非反射衬底上进行测量。两种类型的光亮源的组合使得能够采用相同的测量装置测量两反射衬底，以及出于比较和校准的目的测量非反射衬底，尤其比如是参考衬底。此外，混合照明也是可行的，以便使反差达到最佳。

发光二极管被有利地用作光源，该光源的光线是经由充当光导体的塑料杆并且经由偏转元件和扩散元件引导到衬底表面的。辐射光线的光谱组成可通过设置若干发出不同颜色的发光二极管改变，且可单独调整，以便使反差达到最佳，这是有利的，尤其是针对在有色衬底上进行的测量而言。装置的所有部件在一个紧凑外壳中的组合允许了在印刷机中的固定排列和在试运行和维护工作中的灵活运用。

附图说明

下面将采用附图对本发明的一个示范性实施例进行描述，其中：

图1示出了在一个印刷衬底的一个细部上测量的灰度值的频率分布；

图2示出了图1中频率分布的中心区的一个放大细部；

图3示出了一个印刷衬底细部的数字图像；

图4示出了说明作为灰度值图像的半色调值方差的示意图；

图5示出了本发明的一个图像获取装置的示意图；

图6示出了用在图5装置中的光源的实施例；

图7示出了不同印刷衬底细部的数字图像。

具体实施方式

本发明方法的起始点是印刷衬底细部的数字图像，该数字图像的质量提供了有关将要监控的印刷制版质量的信息。这里的衬底可以是已能利用传统的密度计让人满意地测量的比如胶片或纸张的两种衬底，或者是那些不能充分精确地利用传统的测量仪器测量的衬底，比如印版尤其是光滑的印版。本发明第二方面的一个示例，即，一个在任何指定的印刷衬底上获取此种数字图像的装置，将在后面予以说明。

在此关注的一类数字图像包括一个图像点(也称像素)的矩形矩阵，其中每一个图像点都在用一个照相机组件记录图像的过程中被分配了一个数位形式的灰度值。例如，该灰度值是由8位分辨率情况下的位于区间0-255的整数构成的，例如，灰度值0可表示一个全黑图像点，而灰度值255表示一个全白图像点，反之亦然。

已知本身表征印刷图像的一个特征变量被称作半色调值R，还称作覆盖率。所述半色调值表示印刷图像的面积在印刷过程中被印刷油墨覆盖的比例。存在于印刷衬底上的印刷图像的半色调值R不可能容易地从利用照相机组件自衬底获取的数字图像上确定，因为总是有许多与网点边缘重叠的像素，且因此，具有依相应的重叠程度而定的灰度值。此外，甚至由于照明和衬底表面本身存在的缺陷，完全位于网点中的像素并不完全被覆盖，而完全位于网点之外的像素并不完全是空白的，也就是说，覆盖和空白区域之间的反差总是有限。

根据本发明，半色调值R是经由所获取的数字图像的灰度值的频率分布的评估而确定的。图1中示出了这种频率分布的一个示例。这实际上是一个离散的频率分布，也就是说，是一个在该情况下与8位分辨率相一致地位于区间0-255的灰度值的直方图，数值0对应于纯黑的像素，而数值255对应于纯白的像素。每个灰度值上方曲线的高度规定了与该灰度值一致的像素数。所示的曲线是通过将各个点用直线连接而产生的。

如图1所示，频率分布具有两个明显的最大值，其中一个位于灰度值范围的下半部，而另一个位于灰度值范围的上半部。这两个最大值对应于图像的覆盖或空白区域。它们总是被期望处在获取的数字印刷图像的灰度值直方图中，且越是明显的话，覆盖和空白区域之间的反差就越大。

为了随后在灰度值直方图内限定这些特性之间的边界，其好像在“覆盖”和“空白”的本质二进制特性之间连续过渡，通过一个如图2所示的补偿曲线来评估上述两个最大值之间的中心区域，该补偿曲线以放大的形式表示了图1的中心区域。正如图2清楚地示出一样，灰度值的频率分布本质上是离散的，且在讨论的范围内并不单调，各个点围绕着绘制的补偿曲线散布的范围相当大。因此，将具有绝对最小频率的灰度值用作极限值以便区分将要考虑成覆盖和空白的图像点并不切合实际，因为这样做太不精确了。

一种限定补偿曲线的可行方式是根据最小二乘方法确定一个低阶多项式，尤其是一个抛物线；在此，在所有情况下要注意的是，曲线在其最小值两侧的关注区域单调地上升。利用二次条件确定补偿曲线的方法在数学中本身是充分公知的。为了简单起见，优选将抛物线用作补偿曲线。图2中绘制的曲线是抛物线。

在计算补偿曲线的过程中，出现了曲线延伸到哪个灰度值范围的问题，也就是说，哪个范围包括在曲线的计算中。为此，本发明优选提供首先寻求的上述两个绝对频率最大值，随后提供位于其间的灰度值，且将频率的绝对最小值作为要限定的范围的中心，其中分布与补偿曲线近似。

切实可行地用来限定补偿曲线有效范围宽度的第一准则是，为两最大值之间间距的一半。该准则已用在图1和2中所示的示例中。它提供了一个具有令人满意的轮廓的补偿曲线，但只有在最小值大致位于两最大值之间中心的时候。

为了考虑到有可能相当不对称地位于两最大值之间的最小值的位置，最好确定最小值与两最大值中较近的一个之间的间距，并将它选作补偿曲线有效范围的宽度。在该改进准则的情况下，当最小值正好位于两最大值之间的中心时，有效范围的宽度最大，且是两最大值之间间距的一半。不过，所述有效范围的宽度越小，最小值就越接近两个最大值中的一个，也就是说，分布更加不对称。

在所示(图2)的示例中，补偿抛物线的最小值G_G位于灰度值91处。该值G_G下方的所有像素随后被计为覆盖，而它上方的所有像素被计为空白。因此，最小值G_G下方所有灰度值的频率合计达到数N₁。半色调值R以计为覆盖的像素数相对于像素的总数所成的百分比的形式产生，也即，根据公式R＝(N₁/N_ges)·100＝[N₁/(N₁+N₂)]·100。在此，最小值上方灰度值的频率总和数N₂无需额外地专门确定，因为像素的总数N_ges＝N₁+N₂可众所周知地假定。

进一步的评估可从按此方式获得的整体覆盖率R(也即，涉及整个衬底细部)开始，即，将半色调值方差σ_R ²确定为覆盖率同质性的数值。为此，采用一个方形单位格子，其边长优选与数字图像坐标方向上的衬底网点的最小线条图形间距一样大，或是它的整数倍。如果衬底上网点线的方向与数字图像的像素坐标方向一致，则该类型的单位格子的边长就与衬底上网点的线条图形间距刚好对应。

如果衬底的线条图形相对于数字图像的坐标方向转动45度，正如在图3所示的示例中的情况一样，单位格子的边长较之衬底上网点的线条图形间距就增长了

倍。这一情况的原因在于以下事实，即，为了简单起见，单位格子是按数字图像坐标系统中像素的灰度值轮廓的周期性确定的。

随后，如图3左上方的图像点所示，利用上述类型的一个单位格子限定每个至少距离图像边缘有单位格子的一半边长远的图像点。这里，单位格子通过由箭头相交而限定的图示方形而识别，而限定的图像点通过方形中心的小十字记号而识别。图3中可直接看出在线条图形相对于数字图像的坐标系统成45度的情况下单位格子的边长与网点的行间距之间的上述关系。

采用为计算半色调值R而确定的极限值G_G，同时采用位于相应单位格子内的图像点的灰度值，根据公式r₁＝(n_i1/N_E)·100计算每个与边缘充分间隔开的图像点的局部半色调值r_i。在所述公式中，n_i1是具有灰度值下限G_G的相应单位格子内的图像点的数目，而N_E是单位格子图像点的总数。不用说，这种类型的计算仅针对与图像边缘的间距为上述最小间距的图像点而执行，否则利用所述类型的单位格子进行的限定不可行。

局部半色调值r_i及其与整体半色调值R之间的差值r_i-R是相对这种类型的每个图像点确定的，计算是在处理整幅图像的过程中增量而有利地执行的，也就是说，在所考虑的单位格子每次从一个图像点移到下一个图像点的过程中，减掉那些位于G_G下方的离开的图像点的灰度值，而增加那些到达的图像点的灰度值。随后，给整个衬底细部分配一个作为积分同质性参数的半色调值方差σ_R ²，所述半色调值方差σ_R ²是根据以下的数学统计法计算的，

${{\mathrm{\σ}}_R}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(x_i-R)}^2}{n-1}$

在该公式中，n是已计算了局部半色调值r_i的图像点的数目，而i是运转指数。σ_R ²的值越大，半色调值在所考虑的衬底细部内的偏差就越大。

而且，在所考虑的衬底细部上均分的半色调值与其值R的局部偏差可转变成每个能利用单位格子限定的图像点的灰度值图像，该灰度值图像以空间分解的方式提供了有关非同质性的信息，比如曝光器写入磁道宽度的走向或局部曝光偏差。为此，计算每个可限定的图像点的灰度值G_i如下：

G_i＝G_M-ξ(r_i-R)

这里，G_M是平均灰度值，而ξ是比例因数。例如，在灰度值分辨率为8位的情况下，平均灰度值为G_M＝128，比例因数的典型值为ξ＝50/R。在这种情况下，平均灰度值G_M＝128被分配给一个图像点，其局部半色调值r_i与整体半色调值R正好一致。随后，其局部半色调值r₁比R大1％的图像点接收128-50＝78的灰度值。

图4示出了一个将该类型的半色调值的局部偏差转变成灰度值图像的示例。在所述附图中，可在左方看出衬底细部的数字图像，而在右方看出局部半色调值r_i与其平均值R的偏差的相关灰度值图像。左手边的图像中示出了三个不同的单位格子，且在所有情况下用箭头清楚地画出了这些单位格子与右手边图像相关点之间的归属性。正如可从图4中看出的一样，在所有情况下，两坐标方向上右手边图像的尺寸要比左手边图像上的短一个单位格子的边长，也就是说，由于上述原因，具有半个单位格子宽度的左手边图像的一个边缘区域未发生转变。

网点越均匀，最终形成的灰度区域就越同质。尽管它们一般只位于1％-2％的范围内，但是半色调值的局部偏差在一个足够长的距离也就是印品的标准可视距离上能非常清楚地被人眼看到，且被认知为干扰。这里，不可能通过一个显微镜将问题局部化，因为偏差的本振频率在放大过程中从肉眼的感应范围中外移。通过本发明形式为灰度值图像的表示，偏差以空间分解的方式首次接近肉眼或经由积分同质性参数σ_R ²量化。不用说，在此讨论的这种类型的同质性测试需要在衬底上观察的测试图有同质定点轮廓。

原则上，也可将单位格子选择成大于上文中所提议的，不过，这意味着，在计算局部半色调值r_i的过程中在较大的区域上均分，且由此减小了空间分辨率。另一方面，单位格子的尺寸可减小，且因此，在衬底的线条图形通过一种合适的变换也即采用了一个相应地转动的单位格子相对于数字图像的坐标系统旋转的过程中，空间分辨率稍微有所增大。

为了记录不同类型的印刷衬底细节的数字图像，该图像适用于执行上述方法，根据本发明的第二个方面，提供了一种通用的图像获取装置。首先，该装置包括一个照相机组件1，该组件具有一个CCD图像传感器、一个帧接收器或一个USB或火警线接口。照相机组件1被设计用来连接到一台计算机上，该计算机被程序编排成评估记录的图像，且可在其显示屏上观察到图像。优选使用一个低噪声的至少30万像素(例如640×480矩阵)和8位灰度值分辨率的测量照相机。为了进一步减少照相机的噪声且由此提高测量精确度，在大量数字图像也即优选为20-100的数字图像上像素挨着像素地取平均值，且仅仅将按此方式生成的消除噪声的图像用于评估。

选择一个具有较大工作距离的显微镜物镜2来进行测绘。按照测绘一个几平方毫米例如2.5mm×2mm的的区域的方式，根据CCD图像传感器的大小来选择放大。这就最大程度地减少了后面评估过程中的测量误差，因为足够高的图像分辨率与足够大的图像细节(依据网板，平均100个网点)相结合。分辨率太低，意味着网点仅能部分地获取，且测量精确度会降低。

本发明该方面最重要的特征是照明与测量状况的匹配达到最佳。特点在于明视场光亮源与暗视场光亮源之间的缩微复制，其中，在明视场光亮源中，直接从衬底反射的光线进入物镜，而在暗视场光亮源中，只有散射在衬底上的光线进入物镜。对于不同类型衬底的可变通的光亮源和使用的照相机配置而言，本发明的照明装置3将一个平面玻璃照明器4、5与一个直接照明的暗视场光源6组合。

平面玻璃照明器包括一个光源4和一个部分透光的平面镜5，该光源4相对于从衬底7行进到物镜2的射束路径横向发射光线，该平面镜5被布置成在该射束路径中成45度的角度，且将光源4的光线转移到衬底7上，光线在此被部分地反射且经过平面镜5照射到物镜2中。暗视场光源6以与所述射束路径成45度的角度照射衬底7，结果，从该光源6产生的光线就可仅仅通过散射到衬底7上而照射到物镜2中。根据理想的照明状况，光源可单独或一同开启，且其强度可作调节，以便使记录图像的反差达到最佳。

在图6中，顶部图示性地示出了一个向前发射光线的明视场光源4，而底部图示性地示出了一个大致倾斜45度地发射光线的暗视场光源6。光源4和6属于组件结构，因为发光二极管8和9在所有情况下被分别装入和/或粘合性地接合到由透明塑料制成的杆或棒10和11中，例如是可买得到的名称为“胶质玻璃”的塑料。塑料棒10或11同时分别充当发光二极管8和9的支架，且充当光导体，因为接入的大部分光线通过完全反射保持在棒10或11中，且仅仅在指定的位置离开所述棒，如图6所示。

若给定了棒10或11相应的横截面尺寸，在所有情况下，都可将若干发光二极管8或9彼此靠近地布置在棒10或11的一个横截面方向或两个横截面方向上，以便实现足够高且还均匀分布的光强度。布置若干发光二极管8或9的另一个原因在于，将不同的发光颜色组合以便改变所关注的发射光线的光谱组成，特别是在衬底至少部分有色的情况下，以便使反差达到最佳。为了能够改变光谱组成，不同颜色的发光二极管必须能单独开启，且单独调它们的强度。发蓝色光的发光二极管的使用被证明是有利的，以用来测量比如具有光滑印版的反射金属表面上的黑色网点。

在所有情况下，形式为薄膜的扩散器12和13被分别连接到塑料棒10和11的出口表面上，以便在通过照相机组件1记录的衬底7的细部上尽可能地实现均匀的照射。作为此种做法的一种替换，也可通过该区域中表面的粗糙面部分将光线散射在出口表面上。为了达到限定的出射角，暗视场光源6的棒11具有一个表面部分14，考虑到折射率而将该表面部分弄成斜面，也即，由于折射的结果而在出射的过程中额外地偏斜。只有通过可用到的安装空间对棒10和11的宽度施加限制。

为了尽可能在物镜2的方向上从光源4和6消除破坏性地散射的光线的发射，有利的是，用金属箔盖住塑料棒10和11的表面，除了光出射表面外。

能以节省空间的方式相对于物镜2同轴布置的一个环形光源也可通过一个透明的塑料管实现。为此，管子的一个端面设有若干孔，发光二极管在所有情况下被装入其中。另一个端面按此方式被轴向对称地弄成斜面，即，传播到管内纵向上的光线在其出口朝着中心轴线偏转，且聚焦到将要照射的衬底7的区域上。最主要的是，这种类型的管状光源适用为暗视场光源。

照明装置3与照相机组件1、物镜2和一个光源4、6的强度调节装置(未示出)一起安装在一个外壳15中，所述外壳15在从衬底7向着物镜和从暗视场光源6向着衬底的射束路径的通路区域16中朝向衬底打开或透光。

图7将可看出已利用本发明的图像获取装置记录的不同衬底的数字图像的示例。衬底如下：位于左上方的是印刷机中数字化生产的印版，如公知的名称为“DiroForm”的印版；位于右上方的是铝印版；位于左下方的是胶片；位于右下方的是纸张。明视场光亮源被用来进行两个左手边的记录，系统转换到暗视场光亮源以进行两个右手边的记录。如图7所示，可利用本发明的装置获得多种不同衬底的自动评估的足够高质量的图像。

Claims (18)

1、一种印刷期间制版控制的方法，其特征在于，为了限定一个印刷衬底的一个细部的半色调值R，记录该衬底细部的数字图像，并且，由该图像确定图像点灰度值的频率分布，并且，由在图像点灰度值中心范围中的该频率分布，将频率的最小值限定为灰度值的极限值G_G，并且，为了计算衬底细部的半色调值R，将那些位于该极限值G_G一侧的图像点计为覆盖，而将那些位于另一侧的图像点计为空白。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据公式R＝(N₁/N_ges)*100的要求计算该半色调值R＝(N₁/N_ges)*100，N₁是计为覆盖的图像点的数目，而N_ges是图像点总数。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，最小值的限定是采用在灰度值的中心范围与离散的频率分布相适配的补偿曲线来执行的。

4、根据权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，将一个范围选作灰度值的中心范围，所述范围的中心形成位于灰度值范围的下半部和上半部中相应的绝对频率最大值之间的频率的绝对最小值，且所述范围的宽度对应于最小值与两个最大值中靠近所述最小值的那个最大值之间的灰度值差。

5、根据权利要求1-4中的一项所述的方法，其特征在于，采用一个单位格子，该单位格子的边长是数字图像坐标方向上衬底网点的最小线条图形间距的整数倍，利用上述类型的一个单位格子限定每个至少距离图像边缘有单位格子的一半边长远的图像点，并且，采用为计算半色调值R而限定的极限值G_G，同时采用位于相应单位格子内的图像点的灰度值，计算该类型的每个图像点的局部半色调值r_i。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据以下公式的要求，从衬底细部的局部半色调值r_i和半色调值R计算衬底细部的半色调值变量σ_R ²，

${{\mathrm{\σ}}_R}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(x_i-R)}^2}{n-1}$

其中，n是已计算了局部半色调值r_i的图像点的数目。

7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，灰度值图像是相对于半色调值局部变化的图解表示由图像点的局部半色调值r_i和整个衬底细部的半色调值R产生的，在该灰度值图像中，每个图像点的灰度值G₁是衡量相应图像点的灰度值与衬底细部的半色调值R之间偏差的尺度。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据公式G_i＝G_M-ξ(r_i-R)的要求计算灰度值G_i，其中，G_M是要产生的灰度值图像的平均灰度值，而ξ是比例因数。

9、根据权利要求1-8中的一项所述的方法，其特征在于，用于评估的图像是由衬底细部的大量单个图像产生的，并且，它们相对于每个图像点的灰度值是均分的。

10、一种用于在一个印刷衬底上获取图像的装置，具有一个电子照相机组件、一个安置在该电子照相机组件前面的成像物镜和一个照射衬底的照明装置，其特征在于，该照明装置(3)包括一个明视场光源(4)和一个暗视场光源(6)，它们可彼此独立地启动且可在所有情况下调整其光强度。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，该光源(4)和(6)在所有情况下具有至少一个发光二极管(分别是8和9)和至少一个光导体(分别是10和11)。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，光源(4和6)中的至少一个具有若干不同颜色的发光二极管(分别是8和9)，它们可彼此独立地启动且可在所有情况下调整其光强度。

13、根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，至少一个光导体(10、11)在其光线出射表面装有一个扩散器(12和13)，或在此具有一个粗糙面。

14、根据权利要求11-13中的一项所述的装置，其特征在于，至少一个光导体(10、11)是一根由透明塑料制成的杆或棒。

15、根据权利要求11-14中的一项所述的装置，其特征在于，暗视场光源具有一个形式为由透明塑料制成的管的光导体，它被安置成相对于成像物镜(2)同轴。

16、根据权利要求11-15中的一项所述的装置，其特征在于，暗视场光源具有一个带斜面部分(14)的光导体(11)，光线在该斜面部分朝向出射表面偏斜。

17、根据权利要求10-16中的一项所述的装置，其特征在于，若干透光的平面镜(5)被安置在衬底(7)与物镜(2)之间的射束路径中，以便接入明视场光源(4)的光线。

18、根据权利要求10-17中的一项所述的装置，其特征在于，照相机组件(1)、成像物镜(2)以及照明装置(3)被一同安置在一个外壳(15)中。

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