DE3925012A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung der flaechenbedeckung der primaerfarben in messsegmenten mehrfarbiger druckvorlagen einer offsetdruckmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung der Druckqualität einer Offsetdruckmaschine bei mehrfarbigen, insbesondere vierfarbigen bedruckten Bögen, wobei kleinflächige Segmente - Meßsegmente - ausgewählt und darin die gedruckten Anteile der Primärfarben, die sogenannte Flächenbedeckung, bestimmt werden mit dem Ziel einer Farbgebungsänderung bei einer Abweichung der Farbanteile von den Sollwerten.

Die Beurteilung der Druckqualität und die Regelung der Farbgebung erfolgt üblicherweise durch densitometrische Auswertung eines am Rande des Druckbogens befindlichen Farbkontrollstreifens. Dabei kann diese Auswertung off-line an einem statisch messenden Densitometer oder on-line mit Hilfe eines Maschinendensitometers vorgenommen werden. Nachteilig ist an diesem Vorgehen, daß ein Farbkontrollstreifen mitgedruckt werden muß, was aus Formatgründen häufig nicht möglich ist und einen Mehrverbrauch an Material bedeutet.

Neben einer Reihe von Publikationen zur Qualitätskontrolle mehrfarbiger Druckvorlagen ohne Verwendung von Farbkontrollstreifen (z. B. US-PS 39 58 509, GB-PS 21 15 145) mit geringerer Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind die Patentschriften EP 01 42 469, EP 01 42 470 und EP 01 43 744 zu nennen, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beurteilung der Druckqualität und zur Regelung der Farbgebung bei einer Offsetdruckmaschine ohne Verwendung eines Farbkontrollstreifens beschreiben. Dabei wird der Druckbogen in Bildelemente der Größe 0,5×0,5 [mm²] bis 20×20 [mm²] eingeteilt und in jedem Bildelement fotoelektronisch die Remission in vier Spektralbereichen (Infrarot für Schwarz, Rot für Cyan, Grün für Magenta und Blau für Gelb) gemessen. Die Remissionswerte werden dann mit Hilfe der Neugebauer-Gleichung in Flächenbedeckungsgrade der Primärfarben umgerechnet. Als Neugebauer-Gleichung wird ein bereits seit längerem bekanntes System von Gleichungen bezeichnet, das die Farbanteile der Druckfarben mit farbselektiv gemessenen Remissionen quantitativ in Beziehung setzt, wobei die Remissionswerte für den Bedruckstoff und für die Volltöne der Druckfarben als bekannt vorausgesetzt werden. Durch Vergleich der Ist-Flächenbedeckung mit den Flächenbedeckungen eines farb- und grautonrichtig gedruckten Bogens, des sogenannten OK-Bogens bzw. den an der Druckplatte gemessenen Flächenbedeckungen, werden Signale zur Steuerung der Farbgebung abgeleitet. Dazu wird jedem Bildelement für jede Druckfarbe ein Gewichtsfaktor zugeordnet, welcher die Sicherheit angibt, mit der sich die Flächenbedeckung dieser Farbe in diesem Bildelement bestimmen läßt. Diese Faktoren berücksichtigen die Flächenbedeckungsabhängigkeit, die Umgebungsabhängigkeit und die Fremdfarbabhängigkeit der Meßwerte. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Voraussetzung, daß die Farbe Schwarz im infraroten Spektralbereich typische Remissionswerte aufweisen muß, die sie von den Buntfarben Magenta, Cyan und Gelb unterscheidbar macht. Diese Voraussetzung ist jedoch nur für einen Teil der in der Druckindustrie verwendeten Schwarzfarben erfüllt, so daß die Ausrüstung von Druckmaschinen mit entsprechenden Geräten nicht sinnvoll ist.

Nachteilig ist weiterhin, daß das Verfahren bei mehr als vier Farben nur für linear unabhängige Farben anwendbar ist, da im Falle einer Abhängigkeit das System der Neugebauer-Gleichungen unbestimmt und damit nicht lösbar ist.

Ziel der Erfindung ist die Bestimmung der Flächenbedeckung im Mehrfarbendruck ohne Verwendung eines Kontrollstreifens für Druckfarben mit beliebigen Remissionscharakteristiken zur Qualitätsbeurteilung der Druckvorlagen und/oder Regelung der Farbgebungsorgane.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur Bestimmung der Flächenbedeckung im Mehrfarbendruck einer Offsetdruckmaschine zu schaffen, die neben der fotoelektrischen Messung der Remissionscharakteristiken zur Bestimmung der Flächendeckung als Maß für die Druckqualität verwendet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß lediglich der Flächenbedeckungsgrad der drei Buntfarben, die auch im Übereinanderdruck als Sekundär- oder Tertiärfarben farbmetrisch unterscheidbar sind, in bekannter Weise durch integrale fotoelektronische Messung der Remissionen in einem Meßsegment von mehreren mm² Fläche ermittelt wird, während die Flächenbedeckung der übrigen Farben, insbesondere der Farbe Schwarz, durch digitale Bildanalyse bestimmt wird.

Dies erfolgt dadurch, daß das Meßsegment mit einem Bildraster überdeckt wird und in dem gegebenen Rasterfeld Multispektralbilder erzeugt werden. Die Bildaufnahme erfolgt vorzugsweise durch Kameras mit farbselektiven Sensorfeldern. Die geometrische Auflösung des Bildrasterfeldes ist höher als die des Druckrasters, so daß dessen Rasterweite ein Mehrfaches des Bildpunktabstandes beträgt. Die Grauwertauflösung richtet sich nach der geforderten Meßgenauigkeit der Farbanteile.

Aus den gewonnenen drei digitalisierten Farbauszugsbildern wird im Falle des Vierfarbendruckes mit Hilfe bildanalytischer Methoden die Flächenbedeckung der im Übereinanderdruck nicht durch ihre Remission meßbaren Farbe, vorzugsweise Schwarz, ermittelt. Dieser Wert wird dann für die entsprechende Unbekannte in das Neugebauer-Gleichungssystem eingesetzt. Dieses Gleichungssystem ist nun nach den verbleibenden Unbekannten für die Anteile der Buntfarben auflösbar.

Zur Bestimmung der Flächenbedeckung mittels Bildanalyse werden vom gleichen Meßsegment wie bei der fotoelektronischen Remissionsmessung mit Hilfe farbselektiver Sensorfelder die drei Farbauszugsbilder erstellt. Dazu ist nach dem Objektiv ein erster Strahlteiler angeordnet, der das vom Meßsegment remittierte Licht über das Objektiv in zwei Teile zerlegt, wobei der erste Teil zu einem an sich bekannten Farbmeßkopf für die Remissionsmessung gelangt, während der zweite Teil in einen zweiten Strahlteiler gelangt, an dessen drei mit entsprechenden Rot-, Grün- und Blaufiltern versehenen Lichtaustrittsflächen die farbselektiven Sensorfelder angeordnet sind, deren Ausgänge mit einem Bildanalysesystem verbunden sind. Die drei Farbauszugsbilder werden jeweils mit einer Schwelle binarisiert, die dem am häufigsten vorkommenden Grauwert der bildanalytisch zu messenden Farbe entspricht. Die drei entstehenden Binärbilder werden nun derart miteinander verknüpft, daß im Ergebnisbild ein Bildpunkt genau dann den Wert "1" erhält, wenn in den drei zu verknüpfenden Bildern die gleichen Bildpunkte ebenfalls den Wert "1" haben. Die so ermittelten Bildpunkte mit dem Wert "1" enthalten die bildanalytisch zu bestimmende Farbe oder Überdeckungen mit dieser Farbe, ohne daß diese Bildpunkte die gesamten Rasterpunkte dieser Farbe überdecken müssen. Mittels eines an sich bekannten Objektisolationsverfahrens erfolgt eine Markierung der Einzelobjekte in diesem Binärbild und die Berechnung ihrer Schwerpunkte. Anschließend werden alle Bildpunkte unter der A-priori-Annahme kreisförmiger Druckrasterpunkte in konzentrischen Ringen um diese Schwerpunkte überprüft, ob deren Grautöne in den drei Farbauszugsbildern kleiner als vorgegebene Grenzwerte sind. Diese Grenzwerte kennzeichnen den Grautonübergang zwischen dem Farbrasterpunkt der bildanalytisch zu bestimmenden Farbe und dem Bedruckstoff. Der Algorithmus prüft sequentiell vom inneren Bildpunktring beginnend und zählt alle Bildpunkte bis zur erstmaligen Verletzung der genannten Bedingungen, wobei alle Bildpunkte des Ringes, in dem die Verletzung festgestellt wird, mitgezählt werden.

Diese Anzahl repräsentiert die gesuchte Fläche, aus der der Flächenbedeckungsgrad in % aufgrund der bekannten Geometrie der Farbrasterpunktanordnung berechnet wird. Dies erfolgt für alle Schwerpunkte, und die berechneten Flächenwerte werden gemittelt. Dieser Mittelwert wird als Konstante in die Neugebauer-Gleichung eingesetzt. Durch nunmehr mögliche Auflösung dieses Gleichungssystems nach den Flächenbedeckungsgraden der übrigen Primärfarben können durch einen Vergleich der Ist-Flächenbedeckungen mit den Flächenbedeckungen eines OK-Bogens bzw. den an den Druckplatten gemessenen Flächenbedeckungen Regelsignale zur Farbgebungsänderung erzeugt werden. An die Auswahl des Meßsegments werden folgende Voraussetzungen geknüpft:

• - innerhalb des Meßsegments einschließlich einer Umgebung wird Farbhomogenität angenommen, da über alle Farbrasterpunkte im Meßsegment gemittelt wird und leichte Verschiebungen des Meßsegmentes auf der Vorlage keinen Einfluß auf die Messung haben dürfen,
• - die Farbrasterpunkte der auszumessenden Farbe sind im Bild voneinander isoliert, was durch einen Flächenbedeckungsgrad von <50% erreicht wird.

Diese Voraussetzungen bedingen, daß das Bild nur in ausgewählten Meßsegmenten (mindestens aber einmal in jeder Druckzone) geprüft wird.

Die bildanalytische Herangehensweise ermöglicht, daß die Methode ebenso für beliebige Sonderdruckfarben (Hausfarben) eines 5-, 6- oder 7-Farbendruckes anwendbar ist. Da diese Farben in der Regel separat, d. h. nicht im Übereinanderdruck gedruckt werden, ist die bildanalytische Verarbeitung einfacher.

Die Bestimmung der Flächenbedeckung erfolgt vorteilhaft on-line unmittelbar nach dem letzten Farbdruck am bewegten Bogen, indem die Zeitdauer der Blitzbeleuchtung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bogens angepaßt wird, so daß sich die Auflösung der Bilder in Bewegungsrichtung nicht meßbar von der senkrecht zur Bewegungsrichtung unterscheiden.

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel für den Vierfarbendruck bei bildanalytischer Bestimmung der Flächenbedeckung der Farbe Schwarz näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Anordnung zur Überwachung der Druckqualität mehrfarbiger Druckvorlagen durch Bestimmung des Farbanteils der am Druck beteiligten Primärfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. In diesem Fall hat die Neugebauer-Gleichung, die die Beziehung zwischen den Flächenbedeckungsgraden α _cyan , α _magenta , α _gelb und α _schwarz und den Remissionen x, y und z in den drei Spektralbereichen Blau, Grün und Rot beschreibt, die Form:

Die Remissionen des Volltons sind von der Druckreihenfolge unabhängig und werden vor der Überwachungsphase einmal empirisch durch fotoelektronische Messung bestimmt bzw. bei bekannter Volltondichte aus Farbtabellen entnommen. Die Messung der aktuellen Remission (x, y, z) im Meßsegment 1 auf der Bedruckstoffbahn 2 erfolgt fotoelektronisch mit dem Farbmeßkopf 3 über das Objektiv 4. Das Meßsegment hat eine Größe von 2,5×2,5 [mm²]. Da das Neugebauer-Gleichungssystem aus drei Gleichungen mit vier Unbekannten nicht lösbar ist, wird mittels bildanalytischer Methoden der Flächenbedeckungsgrad α _schwarz der Farbe Schwarz ermittelt und damit a _schwarz eliminiert. Zu diesem Zweck werden vom gleichen Meßsegment 1 über die Strahlteiler 4 und 5, wobei die Lichtaustrittsflächen des Strahlteilers 5 mit entsprechenden Rot-, Grün- und Blaufiltern versehen sind, mit Hilfe eines farbselektiven Sensorfeldes 7 drei Farbauszugsbilder erstellt. Dieser Sensor 7 ist so konstruiert, daß auf dem Sensorfeld für jeden Farbauszug ein scharfes Bild erzeugt wird.

Die Abtastung erfolgt mit einer geometrischen Auflösung von 20 µm/Bildpunkt, d. h. diese ist etwa 10mal so hoch wie die Druckrasterauflösung, und einer Grauwertauflösung von 64 Graustufen. Zur Beleuchtung dient eine Blitzlampe mit Normlichtart C oder ähnlicher Charakteristik mit einer Blitzdauer von 1-5 µs je nach der Geschwindigkeit des Druckbogens von 2-10 m/s. Die Filterung muß in den für die drei Buntfarben typischen spektralen Absorptionsbereichen geschehen. Im Idealfall entspricht die Transmissionskurve des Filters der Absorptionskurve der jeweiligen Buntfarbe.

Die Bestimmung des Flächenbedeckungsgrades der Farbe Schwarz erfolgt in zwei Bildanalyseschritten durch Verarbeitung der drei Farbauszugsbilder im Bildanalysesystem 8. Dieses Bildanalysesystem 8 wird von einem Wirtsrechner 9 gesteuert. Zur Demonstration können die einzelnen Verarbeitungsschritte auf dem Farbbildmonitor 10 sichtbar gemacht werden. Im ersten Schritt wird durch Binarisierung und die Verknüpfung der drei Farbauszugsbilder eine Liste der Schwerpunkte ermittelt. Dabei findet ein Objektisolationsverfahren Anwendung, bei dem während der Markierung der Einzelobjekte im Bild deren Koordinaten des umschreibenden Rechteckes und deren Fläche mit berechnet werden.

Die Koordinaten des umschreibenden Rechteckes gestatten eine Schätzung der Schwerpunkte mit ausreichender Genauigkeit. In einem zweiten Schritt werden in konzentrischen Bildpunktringen um diese Schwerpunkte alle Bildpunkte pg, in den drei Farbauszugsbildern g _i , i (Blau, Grün, Rot), auf die Erfüllung der Bedingungen

pg _Blau  (i, j) ≦ t _Blau

pg _Grün  (i, j) ≦ t _Grün

pg _Rot  (i, j) ≦ t _Rot

überprüft. Die Schwellen t _Blau , t _Grün , t _Rot kennzeichnen den Grauwertübergang zwischen dem schwarzen Farbrasterpunkt und dem Bedruckstoff. Der Algorithmus prüft sequentiell die Bildpunkte vom inneren zum äußeren Ring und zählt alle Bildpunkte bis zur erstmaligen Verletzung einer der obigen Bedingungen, wobei alle Bildpunkte des Ringes, in dem diese Verletzung festgestellt wird, mitgezählt werden. Diese Anzahl repräsentiert die gesuchte Fläche, aus der der Flächenbedeckungsgrad in % aufgrund der bekannten Geometrie der Farbrasterpunktanordnung berechnet wird. Der Algorithmus wird in Anlehnung an die bekannten Segmentierungsalgorithmen mittels Gebietswachstum als bedingtes Gebietswachstum bezeichnet, da aufgrund der Bedingungen der Algorithmus bereits vor der vollständigen Segmentierung des Bildes abbricht.

Anschließend werden die Flächeninhalte aller im Meßsegment befindlichen schwarzen Farbrasterpunkte gemittelt. Alle nötigen Schwellen werden aus dem jeweiligen Grauwerthistogramm abgeleitet. Durch nun mögliche Auflösung des Neugebauer-Gleichungssystems nach den Flächenbedeckungsgraden der übrigen drei Primärfarben werden durch einen Vergleich dieser Ist-Flächenbedeckungen mit den Flächenbedeckungen eines OK-Bogens bzw. den an den Druckplatten gemessenen Flächenbedeckungen im Block 11 Farbgebungsänderungssignale 12 erzeugt.

Bezugszeichen

 1 Meßsegment
 2 Bedruckfarbstoff
 3 Farbmeßkopf
 4 Objektiv
 5 Strahlteiler
 6 Strahlteiler
 7 Sensorfeld
 8 Bildsegmentsystem
 9 16-Bit-Personalcomputer
10 Farbbildmonitor
11 Block zur Erzeugung von Farbgebungsänderungssignalen
12 Farbgebungsänderungssignale

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung der Flächenbedeckung der Primärdruckfarben in Meßsegmenten mehrfarbiger Druckvorlagen einer Offsetdruckmaschine mit integraler fotoelektronischer Remissionsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß die integrale fotoelektronische Remissionsmessung nur für diejenigen Druckfarben erfolgt, deren Remissionscharakteristik nicht der einer beliebigen Übereinanderdruckkombination der übrigen Druckfarben gleicht, während zur Bestimmung der Flächenbedeckung beliebiger anderer Druckfarben vom zu prüfenden Meßsegment zusätzlich digitalisierte Farbauszugsbilder erzeugt werden, aus welchen mittels Methoden der digitalen Bildanalyse die gewünschte Flächenbedeckung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Druckfarben, deren Flächenbedeckung mittels bekannter integraler fotoelektronischer Remissionsmessung bestimmt wird, die drei Buntfarben sind, während die Flächenbedeckung der Farbe Schwarz mit Methoden der digitalen Bildanalyse erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Farbauszugsbilder mit einer Schwelle, die dem am häufigsten vorkommenden Grauwert der bildanalytisch zu messenden Farbe entspricht, binarisiert werden, daß dann eine Verknüpfung der drei Binärbilder erfolgt, bei der im Resultatbild ein Bildpunkt genau dann den Wert "1" erhält, wenn in den drei zu verknüpfenden Bildern die gleichen Bildpunkte ebenfalls den Wert "1" haben, so daß die so ermittelten Bildpunkte mit dem Wert "1" die zu messende Farbe und Überdeckungen dieser Farbe enthalten, ohne daß diese Bildpunkte die gesamten Farbrasterpunkte dieser Farbe überdecken müssen, daß in diesem Resultatbild mittels an sich bekannter Objektisolierungsverfahren eine Markierung der Einzelobjekte und eine Berechnung ihrer Schwerpunkte erfolgt, daß weiterhin alle Bildpunkte in konzentrischen Ringen um diese Schwerpunkte daraufhin überprüft werden, ob deren Grautöne in den drei Farbauszugsbildern kleiner als vorgegebene Grenzwerte sind, wobei diese Grenzwerte den Grautonübergang zwischen dem Farbrasterpunkt der zu bestimmenden Farbe und dem Bedruckstoff kennzeichnen, und daß schließlich diese Prüfung beginnend vom inneren Bildpunktring unter Zählung der Bildpunkte bis zur erstmaligen Verletzung der Prüfbedingung fortgesetzt wird, wobei alle Bildpunkte des Ringes, in dem die Verletzung festgestellt wird, mitgezählt werden, so daß diese Anzahl nach Wiederholung des Verfahrens für alle Schwerpunkte und Mitteilung der gemessenen Anzahl die gesuchte Flächenbedeckung repräsentiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Flächenbedeckung on-line unmittelbar nach dem letzten Farbdruck am bewegten Bogen erfolgt, indem die Zeitdauer der Blitzbeleuchtung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bogens angepaßt wird, so daß sich die Auflösung der Bilder in Bewegungsrichtung nicht meßbar von der senkrecht zur Bewegungsrichtung unterscheidet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der Druckqualität in ausgewählten Meßsegmenten, aber mindestens in einem Meßsegment pro Druckzone erfolgt, in denen Farbhomogenität im Sinne der geforderten Meßgenauigkeit vorliegt und der Flächenbedeckungsgrad der Primärfarben <50% beträgt.

6. Anordnung zur Überwachung der Druckqualität mehrfarbiger Rasterdruckvorlagen zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, mit Objektiv (4) und Farbmeßkopf (3) für die Remissionsmessung zur Bestimmung des Flächenbedeckungsgrades eines Meßsegmentes (1), gekennzeichnet durch einen ersten Strahlteiler (5) zur Aufteilung des Lichtstrahles vom Objektiv (4) auf den Meßkopf (3) und einem zweiten Strahlteiler (6), an dessen drei mit entsprechenden Rot-, Grün- und Blaufiltern versehenen Lichtaustrittsflächen jeweils ein farbselektives gerastertes Sensorfeld (7) zur Erzeugung von Farbauszugsbildern angeordnet ist, deren Ausgänge an ein Bildanalysesystem (8) zur Ermittlung des Flächenbedeckungsgrades angeschlossen sind.