第一篇：烟标印刷质量机器视觉检测
烟标印刷质量机器视觉检测
在机器视觉检测中，每一种检测都有其特殊性，对应不同的检测对象与检测目的，需要不同的检测方法。本文结合烟标印刷质量机器视觉检测项目，介绍机器视觉检测的具体方法。
1概述
1.1烟标印刷的特点和烟标印刷质量检测的现状
烟标印刷是技术含量与质量要求最高的印刷之一。正是由于烟标印刷有着严格的质量标准，所以即使采用先进的进口印刷机械，产品也存在较多的次品。我国的烟标印刷企业目前一般采用人工在印中抽样及印后逐一目测的方法分拣次品。在烟标印刷企业常常出现这样一种现象：印刷车间，从国外进口的高档印刷机飞快的运转，几名工人轻松地注视着监控仪器；而在一旁的印刷质量检测区，几十上百的工人在紧张地对印好的成品作逐一检测。可见目前的检测方法效率低、成本高、工人劳动强度大，同时人工检测主观性强，容易造成检测标准的不统一。印刷企业通常还需要对次品进行统计，以便查找次品产生的原因，在采用人工检测时只能对次品进行抽样统计，要想实现全部次品的分类统计是很困难甚至是不可实现的。如果采用机器视觉检测，当前烟标印刷质量检测中存在的诸多问题便可迎刃而解。对烟标印刷质量机器视觉检测的有关理论问题进行研究，在此基础上研制出一套可以代替人的视觉对烟标印刷质量进行检测的系统，将大大提高烟标印刷企业的生产效率、生产质量以及经济效益。
1.2烟标印刷缺陷
烟标可能存在多种的印刷缺陷,如重影,烫金残缺,飞墨,墨色不均等,主要可归为以下几类:
1）套色缺陷。其表现为图案边缘出现重影，图案之间相对位置偏移，实质为印刷套色出现偏差。
2）烫金缺陷。其表现为烫金不全甚至没有或烫金位置偏移。
3）污迹。其表现为表面浮脏，或是有墨迹。
4）压凸缺陷。压凸部分与对应的文字或图案没有对准，或压凸的深度不符合要求。
以上几类缺陷有的有着具体的检测标准，如套色的偏差要求限制在0.2mm，而大多数 则是凭人的主观判断，如烫金污迹等。
（a）标准烟标图像
（b）有套色问题的烟标图像 图1 标准烟标图像和有套色问题烟标图像的对比
（a）标准演变图像
（b）有套色问题的烟标图像 图2.标准烟标图像和有套色问题烟标图像的对比（高分辨率、局部）
图1为标准烟标和有套色问题的烟标的对比图像，不过由于分辨率的原因,两幅图像的差别很难分辨。图2是局部对比图,由于分辨率的提高,差异已经可以容易的看到：问题烟标的字迹不清,有重影，部分边缘颜色错误。1.3机器视觉烟标印刷质量检测的难点
机器视觉烟标印刷质量检测有以下一些难点：
1、套色检测精度高
烟标印刷最大的特点就是精细,质量标准很高,套色的精度一般要求达到0.2mm所以在较低分辨率下很难显示出套色问题(如图1),这就需要提高分辨率。但随着分辨率的提高,图像尺寸也增加，图像处理的运算量也大大提高，给图像处理带来了一些困难。
2、污迹分布随机
由于污迹分布的随机性,烟标图像的每一部分都必须进行检测，使得检测的运算量很大，这在采用高分辨率图像后显得更为突出。
3、干扰因素多
烟标并不是一个平面的印刷品，其上还有压痕(为方便折叠而压的凹槽)、切口(这会使得烟标的某些部位上翘或下压)，这些不规则的压痕和切口会影响到烟标图案的相对位置，给检测带来困难。
4、各印刷缺陷互相干扰
如烫金图案的缺损，可能会被误判为污迹;当污迹恰好覆盖烫金图案时，污迹也可能被误判为烫金缺损。
2特征定位
烟标的印刷质量检测主要就是检测出套色,烫金,污迹等印刷缺陷,但是在进行这些缺陷检测之前需要作一些的工作，为这检测提供必要的信息。这些工作主要包括：特征定位和图像配准。
有关位置的印刷缺陷检测均需要位置信息，而通过特征定位则可以求得位置信息。特征定位的准确程度直接关系到后续检测的效果，所以特征定位是烟标印刷质量检测的关键步骤之一。
2.1特征的类型
图3为三种不同种类的烟标图像(图3中标注的英文字母对应图4中各烟标特征在整幅烟标图像中的位置)。由这些图像可以看出烟标具有大量的特征，这些特征主要分为以下几种类型：
1、水平边缘
位于两种不同颜色区域的水平连接处，如图4（a）
2、水平双边缘
表现为水平细线，如图4（b）
3、垂直边缘
位于两种不同颜色区域的垂直连接处，如图4(c)
图3 不同种类的烟标
图3中标注的英文字母对应图4中各烟标特征在整幅烟标图像中的位置。
图4 不同类型的特征
2.2烟标图像特征定位的搜索范围
烟标图像有三个重要的特点：一是图像旋转角很小（如图3（b））的旋转角仅为0.06度），所以在局部可以认为没有旋转；二是图像间比例尺差异很小(仅为千分之几)；三是图像间平移也很小。这三个特点决定了标准图像和目标图像的对应特征的位置（图像坐标）相差很小，这就意味着对目标图像特定特征的搜索可限制在一个较小的范围内，如果能求得目标图像对应标准图像的概略位置，则这个范围更小。
烟标图像同时还有另外一些特点，这些特点又使得特征的搜索范围必须变大。一是烟标上存在的大量压痕和切口，压痕和切口的细微差别就会使特征的位置发生变化；二是烟标的套色偏差，套色偏差会使特征的相对位置发生改变。
综合以上，影响目标图像的特征搜索范围的因素有：特征的概略位置精度，压痕切口偏差,标准图像套色偏差，目标图像套色偏差。特征的概略位置精度同采用的求法有关，本文下一节将对其进行讨论；压痕切口偏差为经验值，可统计得到；套色偏差可采用本文4节方法求得。
3图像配准
图像配准是印刷缺陷检测的基础，套色、烫金、污迹等检测只有在目标烟标图像同标准烟标图像配准的前提下才能进行。
烟标图像有很多特点，其中一个就是有大量特征存在。图像配准的算法很多，如基于边缘的配准算法，基于角点检测的配准算法等等，本文则主要针对烟标图像的特点提出了一种基于特征定位的图像配准方法。该方法的基本步骤为：首先进行特征定位，接着计算几何变换参数，最后重采样生成配准图像。3.1特征定位
特征定位的方法见第2节。特征选取应注意：
1、优先选取直角点。
2、水平边缘/沐平双边缘同垂直边缘/垂直双边缘应成对选取，即选一条水平边缘/水平双边缘就要选一条垂直边缴垂直双边缘，而且这两条边缘应尽量靠近。
3、多选取一些特征以作冗余校验，在选取文字/标志特征时更应如此。
4、避免选择彼此距离过近的特征。
3.2重采样
求得变换参数以后，标准图像上的所有点在待检测图像上的同名点的位置就可以求出来了。而这些位置的坐标值可能不是整数，所以不能直接得到这些位置上的点的灰度值，这就需要进行内插，也称为重采样。
4套色检测
4.1套色不准产生的原因
导致套色不准的原因主要有以下一些：
1、设备精度差引起的套色不准
印刷机上的滚筒齿轮、版台齿条、连杆轴承、递纸牙!凸轮以及联动前规和侧规运动的机件发生磨损松动时，易使印品套色失准。
2、机器调整不当引起的套色不准
在印刷过程中，若叼牙的叼纸量过小，叼不住纸边，压印时就容易产生滑移。递纸牙、叼牙开闭动作失调，叼纸牙的压力不足，输纸系统的某些部件失调，都会导致套色不准。此外，印刷压力过大，包衬盲目增厚，包衬松动也是造成印刷版面走样(版面拉大)，套色失准的原因。
3、纸张伸缩变形引起的套色不准
纸张含水量异常、纸边卷曲时,会出现套色不准现象。
4、操作不当引起的套色不准
印版底托不良，压力过大，油墨层薪稠度过大,纸张裁切不规范都会使得套色失准。4.2基于套色十字丝的印刷套色检测
烟标上都印有套色标志，而这些标志通常呈十字丝状，称为套色十字丝。套色印刷的每一种颜色都对应一个十字丝，在套色完全准确的情况下，各颜色的十字丝完全重合(如图5（a）)，而在套色不准的情况下，各色十字丝彼此不能完全重合(如图5（d）)，它们之间的偏差就是套色偏差。所以检测印刷套色偏差可以通过检测套色十字丝来完成。本文将这种检测方法称为基于套色十字丝的印刷套色检测。4.3二值图像处理
由于图像噪声的影响，分割后的二值图像还要进行进一步的处理。图像背景中的一些噪声点,也可能被划分成十字丝,反映在二值图像上就是,除图像中央十字丝本来所在的位置存在黑像素外,其他区域还零星分布着一些黑像素(设分割后的图像,目标为黑,背景为白,下文均如此)。为了去除这些零星黑像素,本文提出了一种孤立点剔除算法。
5烫金缺陷检测
烫金是指在一定的温度和压力下将电化铝箔烫印到承印物表面的工艺过程。电化铝烫印的图文呈现出强烈的金属光泽，色彩鲜艳夺目、永不褪色。尤其是金银电化铝，以其富丽堂皇、精致高雅的装演点缀了印刷品表面，增强了印品的艺术性,使产品具有高档的感觉。所以烫金工艺被广泛地应用于高档、精美的包装装横商标、挂历和书刊封面等印刷品上。烫金的主要材料是电化铝，它是以涤纶薄膜为片基，涂上醇溶性染色树脂层，经真空喷镀金属铝，再涂上胶粘层而制成。其工艺主要是利用热压转移的原理,在合压作用下,电化铝与烫印版、承印物接触，由于电热板的升温使烫印版具有一定的热量，电化铝受热使热熔性的染色树脂层和胶粘剂熔化，染色树脂层粘力减小，而特种热敏胶粘剂熔化后粘性增加，铝层与电化铝基膜剥离的同时转印到了承印物上，随着压力的卸除，胶粘剂迅速冷却固化，铝层牢固地附着在承印物上，完成烫印过程。烟标作为高档印刷品，也大量采用了烫金工艺。
在烫金的过程中有多种因素可能影响烫金的质量，其中最主要因素有烫金的温度、压力和速度。如果烫金温度过高，熔化过度，烫印图文周围的电化铝也熔化脱落而产生糊版，同时高温还会使电化铝染色树脂和铝层发生化学变化，烫印产品亮度降低或失去金属光泽；如
果烫金温度过低，熔化不充分，也会造成烫印不上或烫印不牢，印迹不牢固、易脱落，或者缺笔断划、印迹发花。即便烫金温度合适，如果压力不足，也无法使电化铝良好地转移到承印物上，就会产生印迹发虚、花版、掉色等问题；相反，如果压力过大，衬垫和承印物的压缩变形过大，印迹则会发粗，甚至粘连、糊版。烫金速度越快，烫印接触时间越短，热熔性的染色树脂层和胶粘剂就可能来不及充分熔化，从而导致印迹发虚甚至烫印不上；而如果烫印速度过慢,会使电化铝接触时间过长，虽然粘结比较牢固,但印迹会变粗。除了温度，压力，速度三大因素以外，其它如纸张,电解铝质量也都对烫金质量产生影响。这些因素使得烫金质量的控制比较困难,而烫金缺陷在所有印刷缺陷中的出现的几率也是比较高的,所以烫金质量的检测就显得尤为重要。
第二篇：烟标印刷质量控制
烟标印刷质量控制包括：原辅材料的检测、生产过程的控制、印后加工三个环节，本文重点阐述柔印软标烟盒的质量控制。
1、原辅材料的检测
原辅材料的检测是印刷的前提，没有合格的原辅材料就很难生产出高质量的印刷品。印刷的原辅材料主要包括纸张和油墨。
1)纸张的检测
（1）白度：纸张的白度要达到85%以上，如果纸张在染色时发黄，发蓝都会影响到后面成品的色相。
（2）张力：纸张的张力必需稳定，张力不稳定的纸张在印刷过程中会出现套印不准。
（3）撕裂度：纸张的撕裂度必需合格，太低的撕裂度在较大的印刷张力下，易引起断纸。
（4）挺度：挺度过低的纸张在印后分切收纸时难收齐，容易造成飞纸。
（5）含水量：卷筒纸的含水量一般在6%左右，含水量过高的纸张在经过印刷烘干后变形太大，影响套印；含水量过低的纸张在印后分切时易引起静电。
2)油墨的检测
（1）饱合度：可取一点油墨进行刮样实验，然后用色度仪测量色度值，判断是否合格。（2）粘度：柔印油墨的粘度决定了油墨的很多印刷性。粘度太大，易出现油墨转移困难；粘度过小，易出现墨层不厚实。
（3）干燥速度：干燥速度快的油墨，在印版还未来得及与纸张接触时就发生干固，引起网线糊版，实地出现脏版；干燥过慢的油墨在纸张经过烘箱后还留有未干燥的油墨，再次经过导纸辊时出现蹭脏现象。
2、生产过程控制内容
生产过程的控制内容应包括以下几方面：
（1)套印。烟标的套印要求比较严格，印刷应按照高出国家标准的标准来要求自己：主要部位小于0．15ram，次要部位小于0．25mm。因为烟标设计比较精美，套印稍有误差就会影响外观。
（2）墨杠。柔印机印刷烟标容易产生墨杠，墨杠不但影响印刷质量，还会影响香烟外包装的美观。墨杠的产生可能由于以下原因引起：a．齿轮啮合不好；b．机器振动；c．压力调试不当；d．版材使用不当。操作者可从这四方面入手，仔细排查，找出原因。可以在版的两端各加宽约2era的高硬度的版材，以减轻上述因素的影响，最终消除墨杠。
（3）专色油墨的色相。烟标印刷品颜色与样张颜色是否相附，在很大程度上取决于专色油墨的色相数值，用L、a、b、E表示。L代表专色油墨的亮度，L是正值表示该颜色较样张亮，为负值时表示该颜色较样张暗。a代表红色，a为正值表示该颜色较样张偏红，负值表示偏绿。b代表黄色，b为正值表示该颜色较样张偏黄，负值表示偏蓝。E代表总色差值，要求E小于等于3.5。
（4)条码。如果条形码的粗细与样张差别较大，那么商场的读码器就无法识别该产品的类型与价格。条码一定要采用轻压力印刷，坚持经常检测，经常对比，如果数值在正负24之外，则立即换版。
（5)版面整洁。烟标印刷时要求版面整洁，无脏点、墨点，印刷压力大小合适，实L-g版无双眼皮现象，网线层次丰富，不掉点，不糊版。细小、文字、线条清晰，不变形。
（6）耐磨度。烟标印刷品在包装机上进行高速包装，要想不被划伤，就要求其表面有一定的耐磨度。可取一张软标，撕成两段，叠在一起相互磨擦，若磨擦2O次还不出现划伤，则说明耐磨度很好。
3、印后加工整理
1)裁切。在印刷机上完成印刷，纸张要按规矩线大小的不同进行分类摆放整齐，挑出相同规矩的纸张放在一起，每摞1000张，进行裁切。在裁切过程中需要注意a．切刀是否锋利。如果工作时间过长，刀口磨得很钝，切出来的产品边沿发毛，应及时更换新刀或用砂纸打磨毛边。b．刀刃是否有伤口。带有"I95口的裁刀切出来的产品边沿带有划线，不但影响香烟包装而且影响产品外观。
2)整理。裁切后的烟标要按有无毛病分开放置。没有毛病的烟标应直接过称以检验其数量是否准确：有毛病的烟标要进行单独挑捡，挑出不合格品。
3)打包或装箱。印刷品整理后如果还残留有气味，则要放置一段时间，等气味消失后再进行打包或装箱。对稍有气味的产品，在包装时应用透气好的牛皮纸代替塑料袋密封。
总之，要想生产出精美的印刷品，质量控制工作要层层把关，各项具体工作要齐抓共管，相互配合。只要把工艺过程中的每一个环节都做到位，就一定能生产出合格的印刷品。
第三篇：机器视觉检测卷烟条盒包装质量
机器视觉检测卷烟条盒包装质量
1．引言
机器视觉系统是指通过机器视觉产品，如CCD、CMOS和光电管等，将被摄取的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，再根据判别的结果控制现场的设备。典型的工业机器视觉应用系统包括如下部分：光源，镜头，CCD照相机，图像处理单元（或图像采集卡），图像处理软件，监视器，通讯/输入输出单元等。
随着中国加入WTO，市场竞争日益激烈，卷烟企业为了提高产品的竞争力，更好的开拓市场，在加大卷烟质量的技改力度、提高卷烟质量的同时，对卷烟制品的包装形式及包装质量也加大了改造力度，以在激烈的市场竞争中更好的巩固和开拓市场。卷烟产品包装质量的检测，是市场营销过程中保证质量的一个重要手段。传统的烟支条盒包装质量完全由人眼检测，而长时间工作会使人眼产生视觉疲劳，难以避免产品错检、漏检情况的出现。基于机器视觉开发的检测系统使得在产品质量的检测过程中用机器代替人眼来做测量和判断，降低了人为因素对产品质量的影响，在提高卷烟包装质量的技改方面满足了企业的需求。
2． 系统的设计方案
系统采用线性光源以产生照明能量集中、光强分布均匀的一条光带；采用多个相机对条盒需要检测的各个面进行拍照，以保证检测的全面性；采用外触发模式使各个面的图像分通道进入图像采集单元；经过处理单元对各通道的图像进行复杂的表面检测运算，如果发现任何一个通道的图像存在表面质量缺陷，则对下位机给出控制信号，使执行单元在该不合格条盒通过时将其剔除；系统显示器实时显示各通道图像及其检测结果，并给出缺陷的分析结果。
系统的图像采集单元包括图像采集卡、D/A转换卡、光源、CCD相机，工业控制计算机作为图像处理单元，以PLC控制系统控制执行单元。
3． 图像采集
图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转化成能被计算机处理的数据，它直接影响到系统的稳定性及可靠性。一般利用光源、光学系统，相机、图像采集卡、图像处理单元获取被测物体的图像。
光源是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。条盒的外包装透明纸对光的反射、折射效果都很强，所以系统的照明系统采用多种型号的LED条形光源组合构成，照明方式为反射式照明，为延长光源的使用寿命，保持光源的高亮度、高稳定性，相机拍照时采用频闪光，频闪速度与相机的扫描速度同步。
在机器视觉中，CCD摄像机以其体积小巧、性能可靠、清晰度高等特点得到了广泛应用。按照其所用的CCD器件可分为线阵式和面阵式两大类。线阵式摄像机一次只能获得图像的一行信息，被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前移过，才能获得完整的图像，而面阵式摄像机则可以一次获得整幅图像的信息。在条盒包装质量检测系统中需要一次取得条盒外包装五个面的图像，设计中采用四个面阵式CCD摄像机同步拍照。
图像采集卡是控制摄像机拍照、完成图像采集和数字化、协调整个系统的重要设备。它一般具有以下模块：1.A/D转换模块2.时序及采集控制模块3.图像处理模块4.PCI总线接口及控制模块5.相机控制模块6.数字输入/输出模块。系统设计采用外触发模式对条盒进行拍照，图像采集卡通过TTL信号与外部装置（传感器、光源频闪控制器、PLC等）进行通信，用于响应频闪、拍照和给出剔除信号。
4．图像的分析处理
目前卷烟条盒包装主要存在破损、翘边、反包、包装错位、封签（偏移、叠角、缺失）等缺陷，在图像处理单元利用图像定位、边缘检测、斑点分析等算法，对各个通道的图像进行分析，以确定产品包装是否存在质量缺陷。
4.1定位配准（Locator）
定位配准是图像与标准模板进行缺陷检测的必要条件，定位准确与否直接关系到整个视觉系统的成败。传统的物体定位技术通过寻找统计模板（参考图像）与物体（产品图像）间的灰度级相关度的方法来决定物体的X、Y坐标，本系统定位采用几何特征匹配，通过设置兴趣域并学习兴趣域内物体的几何特征，然后在图像内寻找相似形状的物体，不依赖于特殊的像素灰度，提高了定位物体的能力，在改变物体角度、尺寸、明暗度等条件的情况下仍能精确定位物体。应用中的特点：
·基于图像中条盒轮廓或边缘找寻和定位条盒；
·设定模板后，所有查找都基于模板操作；
·对于相似的模板进行加权处理，能自动去模糊化（二意性）；
·容许阴影、对比度低、边缘不清或背景噪音；
·定位器返回找到条盒特征的X、Y坐标。
4.2边缘检测（Edge）
边缘是指图像局部亮度变化最显著的部分，主要存在于目标与目标、目标与背景、区域与区域（包括不同色彩）之间。图像中被查找的边缘被标记为从全暗至全亮或从全亮至全暗范围内的灰度值变化，边缘工具从图像中去除常量或变化缓慢的背景，保留作为图像特征的边缘，并计算边缘的幅度和角度。边缘的幅度指穿过边缘时灰度值的变化量；边缘的角度是指边缘与垂直方向的夹角。下图为两个三角形。其中，箭头的方向表示边缘的角度，箭头的大小表示边缘的幅度。每一三角形具有同样的边缘角度，但由于背景的灰度值不同，左边三角形的幅度大于右方三角形。大多数由真实图像产生出的边缘幅度图像包含虚假的或噪声边缘像素，这些边缘像素是视频噪声、反射或其它图像缺陷所造成的。通过在边缘幅度图像中设置阀值，可消除这些虚假像素。设置阀值在消除虚假边缘的同时，还常会消除真正的边缘。因为真正的边缘常由一些邻近像素的集合构成。通过在边缘图像中设置边缘滞后阀值，可在消除虚假边缘的同时，保留真正的边缘。边缘滞后阀值消除了一些像素，这些像素的灰度较那些与其它边缘像素不相邻的像素低一定的幅度，较边缘幅度图像高一定的幅度。这一方法保留了形成真正边缘的连续边缘像素，而消除了由噪声或其它图像缺陷而形成的边缘像素。
系统的设计中通过在边缘工具中设置边缘滞后阀值和幅度范围来检测条盒边缘及透明纸褶皱的缺陷。
4.3斑点分析（Blob Analysis）
Blob分析可为视觉系统提供图像中斑点的数量、位置、形状和方向，还可提供相关斑点间的拓扑结构，其是一种对闭合目标形状进行分析处理的基本方法。
Blob分析从场景的灰度图象着手进行分析，在进行分析以前，利用二值化（Bilinear Interpolation）把图像分割为构成斑点（Blob）和局部背景的像素集合，典型的目标像素被赋值为1，背景像素被赋值为0。分割时设定了两种方法固定阀值分割（Hard Threshold）和动态阀值分割（Soft Threshold）。
当图像被分割为目标像素和背景像素后，进行连通性分析，在图像中寻找一个或多个相似灰度的“斑点”,并将这些“斑点”按照四邻域或者八邻域方式进行连通性分析，将目标像素聚合为目标像素或斑点的连接体，就形成了一个Blob单元。通过对Blob单元进行图形特征分析，可以将单纯的图案灰度信息迅速转化为图案的形状信息，包括图形的质心、面积、周长等。使用Blob分析，通过多级分类器的过滤，在一定程度上可满足对条盒透明纸破损、反包、盒皮印刷等缺陷的检测需求。
5．系统的总体开发
在条盒外包装质量检测系统中，采用的处理方式是基于PC机的检测处理系统。开发时综合考虑了系统与相机、采集卡、外部PLC、以及PC本身外设的连接与通信控制，提供了友好的人机界面和可靠历史记录存储数据库；检测到质量缺陷时，提示缺陷类别，对执行单元给出剔除信号。
执行单元是系统的一个关键环节，其作用就是响应上位机给出的剔除指令，准确无误地剔除不合格的条盒。在生产流水线运行的高峰时期，速度可达到8条/s，为保证系统的稳定性和快速性，设计中电控系统采用西门子的S7-200 PLC，执行机构中应用高速的电磁阀组和喷吹腔体，使其能够对剔除信号给出快速响应。
东莞市奥普特自动化科技有限公司
第四篇：一种新型烟标印刷缺陷在线检测系统
一种新型烟标印刷缺陷在线检测系统 概述
近年来，国内烟包印刷竞争日趋激烈，精美烟包产品不断涌现，烟包设计和印刷工艺越来越复杂，所用材料也越来越讲究，凹印、胶印、柔印、丝印、UV印刷、UV上光、全息烫印、镭射铝箔纸等技术纷纷上阵，多种印刷技术组合的烟盒随处可见。随着印刷工艺的复杂化和多样化，对成品检验的要求也越来越高。各道工序出现缺陷产品（如飞墨、刀丝、套印不正等）后，最终流入到最后检验工序，若全部由人工完成，工作量极大，且依靠人的视力检测很难保持持久和稳定，容易产生疲劳和漏检现象，流入到烟厂或用户手中，将造成质量事故。
根据印刷的重复性原理，印刷缺陷在线检测系统通过高速摄像头连续拍摄印刷图案，并将其与一个完好无缺的基准作比较，当二者差异超出了设定的范围时，检测系统即判定印刷缺陷产生，保存缺陷图案并声光报警，同时控制贴标机对有缺陷的纸张进行贴标。
最早用于印刷品质量检测的是将标准影像与被检测影像进行灰度对比的技术，现在普遍采用的技术是以RGB三原色为基础进行对比。从实际使用上来说，影响检测能力的因素如下。
1）印刷材质的问题
印刷材质除了常见的白卡纸、铜版纸外，还存在很大比例的转移纸（包括金银卡纸、镭射纸）；纸上除了印刷外，还有素面烫金、全息定位烫金等印后工艺，其强反射特性给普通照明条件下的检测带来难度；而且压凸图案由于低色差特性也给检测带来困难。
2）设备波动造成的纸张蛇形跑动问题
在印刷过程中，随着张力和速度的波动，纸张在前进过程中会产生蛇形跑动现象，表现在运动方向的不同程度的拉伸，以及宽度方向的不同程度的偏移，给图像的采集和比对造成困难。
3）检测精度的问题
基于摄像的检测系统其检测依据是图像的色彩信息，如果缺陷的尺寸或色差超出摄像的观测范围，这种缺陷理论上检测不出，或者称不可信检测，如何使检测精度与企业的质量标准达成一致，是检测设备商面临的主要问题。
4）检测后的处理问题
检测只是质量管理的手段，检测的目的是为了指导生产，及时杜绝连续废品的发生；同时也应当为成品出厂提供判断依据。目前在这方面国内外多数在线检测系统均未提出较好的方案。
5）在线检测设备的安装工位问题
条件允许的情况下，在线检测设备可以装在印刷机、烫金机、分切机等所有生产设备上，但对于多数企业而言，选装在最合适的工位上，既能降低成本，又能提高设备利用率。
6）检测数据与企业生产质量管理系统的结合问题
如何将检测数据信息通过网络在企业内部建立数据库，实现数据共享，进而为生产管理、质量控制提供正确的依据，是检测系统数据管理的主要内容。
这些关键问题对印刷企业对检测设备的选型极为重要。本文研究了一种对高速印品进行在线缺陷检测的机器视觉检测系统。通过独特的光学系统，检出较明显缺陷并做标记，提示下一道工序和用户；并且对连续缺陷提示机组人员及时处理，避免更大的损失；通过C/S网络化并行结构，对图像数据进行分布式处理和集中统计管理。系统描述
1）系统组成
印刷品质量在线检测系统采用多个彩色线阵摄像头对大幅面印刷品进行同步采集，图像数据通过FPGA/DSP采集卡进行辅助处理，由对应处理单元进行图像比较、缺陷提取和分类，缺陷数据通过高速以太网传送到服务器进行统计和管理，输出报警信号和缺陷位置信息，并通过光电编码器与生产线保持同步。
2）成像设计
检测系统的硬件核心器件是CCD相机，它将影响到系统的检测方式、检测能力以及后续图像处理的运算量和数据处理方式等。常用到的CCD相机按照成像方式来分有面阵和线阵两种类型。
面阵相机是对被摄物体一次曝光成像，然后将整幅图像送到图像处理器进行处理。面阵相机的缺陷是当版周长越大，拍摄所需的相机数量也越多，使用和维护不太方便。
线阵相机每次曝光只对被摄物体的一行进行数据采集，通过物体的连续运动，相机连续曝光，最后将多行数据组合到一起形成一整幅图像。线阵CCD相机由于其成像系统占用空间小，光源设计简单等原因，在表面检测中应用很广泛。
线阵CCD相机的线扫描操作与传统的扫描仪非常相似，相机中的传感器在运动物体通过它时每次扫描一行图像，然后通过一个图像采集卡将所有采集到的行合并成为一个完整的二维图像。
3）照明设计
印刷品摄像对照明系统的要求是:①亮度足够；②防止炫光进入摄像头；③无频闪；④光源波长分布均匀；⑤照射幅面大。
根据上述要求，有两种光源可以选用，白光LED光源和三基色荧光光源。白光LED光源与白炽钨丝灯泡及荧光灯相比，具有体积小、发热量低、耗电量小、寿命长等优点，但存在维护费用高的问题；稀土三基色直管荧光灯是一种高效、节能的新型光源，显色性好，是名副其实的日光型光源，已被广泛应用于电视摄像照明，虽然寿命不及LED光源，但价格低廉，维护方便，本系统选用此类光源。
光源结构设计采用4根荧光灯分别以高角度和低角度入射到辊筒表面，低角度光突出印刷品表面轮廓，高角度光补偿整体亮度。为防止镜面反射光射入镜头，对高角度光采用漫透射面过滤。
4）处理器结构
在印刷生产时，印品观测幅面较大650mm以上，印刷精度要求很高（0.1mm/pixel），单摄像头和单处理器无法完成庞大数据量的处理（100MBbyte/s以上），因此采用多摄像头结构，对不同区域进行同步并行处理，处理结果通过高速以太网传送至服务器进行数据管理和统计。系统要解决的关键问题是同步问题。
同步问题有两类，一是采集和处理的同步，二是缺陷数据传输的同步。采集和处理的同步通过脉冲编码器实现，各处理器由脉冲编码信号同时触发工作。同一版面的印品缺陷数据上传的同步通过脉冲编码器产生的固定时序来保证。系统特点
1）烫金和全息商标的检测技术
通过独特的镭射全息照明技术，能实现对烫金和全息商标特征的准确提取，而且可以同时检测印刷缺陷，如图3所示。
2）图像精确定位技术
自主研发出一种称为ONE的信号定位处理技术，能自动跟踪印刷纸张的蛇形串动，这种技术是检测系统稳定工作的基础。
3）分区域检测技术
不同区域可以设置不同的检测精度，还可以屏蔽某区域的检测。
4）检测精度的自动调整技术
根据印刷机的波动状态，能自动调整检测精度，以到达最优的检测效果。
5）缺陷趋势的预报技术
任意设定缺陷报警门限和贴标机动作门限，预报缺陷发生的趋势，及时标识重大缺陷。
6）高速图像处理技术
采用自主研发的多线程处理算法，在300m/min的印刷速度下长时间稳定工作。
7）历史数据的管理技术
可打印、统计、显示、查询历史缺陷数据；保存时间可根据需要达到任意年限。
8）多屏显示技术
除控制柜外，在关键工位处选装显示器，分别显示操作界面和缺陷数据和实时图像，方便操作员随时查看质量状况和系统运行状况。
9）友好的人机界面
操作员设置好参数后，能自动探测开机、停机、换卷和设备波动状态，从印刷开始到结束都无需人工干预，不同缺陷可以设置不同的报警声音以提醒操作员注意。使用效果
本研究采用两台横向分辨率为4K，纵向分辨率为15K的彩色线阵CCD摄像头对820mm宽的印刷版面进行检测，通过千兆以太网进行并行处理和分布式控制，通过客户机/服务器方式进行集中数据查询和管理。
1）算法效率
本系统中，图像处理部分全部采用MMX/SSE优化指令集编写，实现了单指令多数据的并行处理。当生产线的速度最大（300m/min）时，检测系统采集完整一版图像的周期为211ms，处理时间（128ms）已经足以满足实时性的要求，最大可以满足500m/min的印刷速度条件。
2）检测精度
本系统的检测精度取决于检测分辨率和检测等级。
CCD是离散采样器件，根据奈奎斯特采样定理，能检出最小缺陷尺寸在检测分辨率的2倍以上；例如使用上述相机观测410mm的幅面，印刷速度在200m/min时，横向像元分辨率为0.1mm，纵向分辨率为0.22mm，能检出稳定检出的最小缺陷为0.2mm×0.44mm；
检测等级是本系统一个重要的功能。由于印品的每个位置检测要求的严格程度不同，例如条码区最严格，而粘胶区或裁剪区最宽松，因此对所有区域采用相同等级是不现实的，会造成很多不必要的报警。因此区域等级的设置实际上对不同的区域采用不同的阈值，这些阈值在系统检测开始之前按照质量管理的要求预先设置。
3）检出缺陷类型
图4演示了4种典型的印刷缺陷和缺陷检出图例，实际图片均为彩色图片。印刷缺陷中，飞墨占了80%以上，而最连续发生的缺陷是刀丝类缺陷，此类缺陷由于尺寸小，痕迹轻微，有时肉眼都不易检出，在本例中，通过对邻域象素的分析检出了0.25mm宽的刀丝。小结
印品质量在线检测技术与系统一直为欧美和日本所垄断。本系统采用业界最先进的硬件设备（包括摄像头、采集卡和处理器）、具有自主知识产权的软件（登记号：2008SR12259）和发明专利（200410061396.7和200410061395.2），可以有效地对高速印刷生产线上印刷品中出现的刀丝、飞墨、串墨、漏白、脏版、换卷、墨点、套印偏差等印刷缺陷进行检测与报警，并在大理美登印务有限公司安装使用，运行稳定可靠。
另外，印刷缺陷在线检测技术并非万能，也存在技术瓶颈，例如纵向像元分辨率远大于套印系统检测精度，因此本系统对低于0.2mm的套印跑动不敏感，结合静止画面装置则能达到较好的检测效果。另外对低对比的色差不敏感，需配合色差计进行色彩抽查。
第五篇：机器视觉课后心得体会
基本概念“机器视觉”，即采用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，但并不仅仅是人眼的简单延伸，更重要的是具有人脑的一部分功能一一从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。
机器视觉与计算机视觉的不同机器视觉不同于计算机视觉，它涉及图像处理、人工智能和模式识别
机器视觉是专注于集合机械，光学，电子，软件系统，检查自然物体和材料，人工缺陷和生产制造过程的工程，它是为了检测缺陷和提高质量，操作效率，并保障产品和过程安全。它也用于控制机器。机器视觉是将计算机视觉应用于工业自动化。
机器视觉的技术进展在机器视觉系统中；关键技术有光源照明技术、光学镜头、摄像机、图像采集卡、图像处理卡和快速准确的执行机构等方面。在机器视觉应用系统中；好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键；起着非常重要的作用；它并不是简单的照亮物体而已。光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量；在物体需要检测的部分与那些不重要部份之间应尽可能地产生明显的区别；增加对比度；同时还应保证足够的整体亮度；物体位置的变化不应该影响成像的质量。在机器视觉应用系统中一般使用透射光和反射光。对于反射光情况应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理；物体的几何形状、背景等要素。光源的选择必须符合所需的几何形状、照明亮度、均匀度、发光的光谱特性等；同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。光学镜头相当于人眼的晶状体；在机器视觉系统中非常重要。一个镜头的成像质量优劣；即其对像差校正的优良与否；可通过像差大小来衡量；常见的像差有球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差等六种。
摄像机和图像采集卡共同完成对物料图像的采集与数字化。高质量的图像信息是系统正确判断和决策的原始依据；是整个系统成功与否的又一关键所在。目前在机器视觉系统中；CCD 摄像机以其体积小巧、性能可靠、清晰度高等优点得到了广泛使用。CCD 摄像机按照其使用的CCD 器件可以分为线阵式和面阵式两大类。线阵CCD 摄像机一次只能获得图像的一行信息；被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前移过；才能获得完整的图像；因此非常适合对以一定速度匀速运动的物料流的图像检测；而面阵CCD 摄像机则可以一次获得整幅图像的信息。图像信号的处理是机器视觉系统的核心；它相当于人的大脑。如何对图像进行处理和运算；即算法都体现在这里；是机器视觉系统开发中的重点和难点所在。随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的快速发展；为了提高系统的实时性；对图像处理的很多工作都可以借助硬件完成；如DSP、专用图像信号处理卡等；软件则主要完成算法中非常复杂、不太成熟、尚需不断探索和改变的部分。
从产品本身看，机器视觉会越来越趋于依靠PC技术，并且与数据采集等其他控制和测量的集成会更紧密。且基于嵌入式的产品将逐渐取代板卡式产品，这是一个不断增长的趋势。主要原因是随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式系统应用领域越来越广泛，尤其是其具备低功耗技术的特点得到人们的重视。另外，嵌入式操作系统绝大部分是以C语言为基础的，因此使用C高级语言进行嵌入式系统开发是一项带有基础性的工作，使用高级语言的优点是可以提高工作效率，缩短开发周期，更主要的是开发出的产品可靠性高、可维护性好、便于不断完善和升级换代等。因此，嵌入式产品将会取代板卡式产品。应用：机器视觉伴随计算机技术、现场总线技术的发展，技术日臻成熟，已是现代加工制造业不可或缺的产品，广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。代替传统的人工检测方法，极大地提高了投放市场的产品质量，提高了生产效率。
由于机器视觉是自动化的一部分，没有自动化就不会有机器视觉，机器视觉软硬件产品正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将机器视觉产品作为生产线上信息收集的工具，这就要求机器视觉产品大量采用“标准化技术”，直观的说就是要随着自动化的开放而逐渐开放，可以根据用户的需求进行二次开发。当今，自动化企业正在倡导软硬一体化解决方案，机器视觉的厂商在未来5-6年内也应该不单纯是只提供产品的供应商，而是逐渐向一体化解决方案的系统集成商迈进。在未来的几年内，随着中国加工制造业的发展，对于机器视觉的需求也逐渐增多；随着机器视觉产品的增多，技术的提高，国内机器视觉的应用状况将由初期的低端转向高端。由于机器视觉的介入，自动化将朝着更智能、更快速的方向发展。
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