［摘要］：設計并實現(xiàn)了一種基于機器視覺技術的套色印刷機自動對色系統(tǒng)，重點介紹了系統(tǒng)各功能模塊的設計以及實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)可加裝在普通套色印刷機上進行改造使用，以此檢測生產(chǎn)線上印刷品的套色質(zhì)量。其套色精度為0.1mm，滿足實際生產(chǎn)的需要，具有廣泛的應用前景。
［關鍵詞］：電子色標 數(shù)字圖像處理 CCD 基準線法
近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，印刷業(yè)的生產(chǎn)力和質(zhì)量要求越來越高。在提高生產(chǎn)力的前提下，要獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，就需要加快高新技術的應用，在印刷設備上提高自動化水平。
目前，印刷機普遍使用CMYK四色印刷技術，即用C（cyan青），M（magenta洋紅），Y （yellow黃色）和K（black黑色）四色油墨印制在印品上形成彩色圖像。以四色印刷技術為原理的套色印刷機，其套色精度的好壞直接影響后續(xù)印刷質(zhì)量，通常利用CMYK色標圖案來檢測印前的套色準確度。本文介紹一種基于機器視覺技術的套色印刷機自動對色系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)是以計算機圖像處理為基礎，以CCD攝像機為信號采集手段，以微型計算機芯片為控制、執(zhí)行機構的自動對色系統(tǒng)。
1 自動對色系統(tǒng)的功能模塊設計
自動對色系統(tǒng)主要由電子色標、照明光源、同步信號控制系統(tǒng)、色標傳感器和圖像采集、處理及顯示等部分組成，工作原理如下圖1所示。首先由色標傳感器檢測到識辨標記，然后由信號傳送至同步信號控制系統(tǒng)，經(jīng)辨別分析，計算出同步信號，傳送至圖像采集卡。CCD攝像機根據(jù)圖像采集卡的觸發(fā)信號對色標 同步信號進行拍攝。所拍圖像通過圖像采集卡送入CPU進行處理，最后將計算的偏移數(shù)據(jù)顯示到顯示器上，同時利用專用接口將偏移量發(fā)送出去進行動態(tài)調(diào)整。
1.1 電子色標的設計
一般普通的印刷色標是為了方便人眼觀看的。
當這四種顏色重合時，即為對準。利用計算機進行處理時，不同的顏色重合會產(chǎn)生新的顏色，這樣就無法判斷圖形的真實顏色信息。根據(jù)實際印刷情況，色標只能放在印刷品的邊緣，一般最大只有一到兩厘米的地方。經(jīng)多次試驗，設計出專用于印刷業(yè)的電子色標，如下圖3所示。色標的大小為7×7mm2，各線條寬為0.2mm，相鄰兩線條在X軸和Y軸上的距離皆為2mm。其中，黑色線Y=X=7mm，黃色線Y=X=5mm，品紅色線Y=X=3mm，青色線Y=X=1mm。
1.2 同步信號控制系統(tǒng)
同步信號采集由對比度傳感器來完成，利用單片機控制同步信號來記數(shù)和拍攝。記錄色標位置的識辨標記如下。三個黑色色標大小一致為正方形S3=S4=5mm，相互之間的距離為S1=S2=2mm。
當色標檢測到識辨標記后會產(chǎn)生如圖5所示的電信號，其中U=3V。由單片機計算出同步信號作為圖像采集卡的外觸發(fā)信號。為了避免印刷中油墨以及紙張等其他污跡的干擾，只有當信號滿足0.6ms≦t1=t3=t5≦3ms,0.5ms≦t2=t4≦2ms（范圍誤差為±0.3ms，相似誤差為±0.2ms）時，可認為一個正確的同步信號。同時，利用光耦連接同步信號控制系統(tǒng)與圖像采集卡，消除同步信號的外界干擾。
1.3 照明光源
系統(tǒng)采用白光光源。根據(jù)印刷機的工作速度，CCD攝像機的整幀快門速度控制在1/62000s，因此光源亮度要足夠大。而強光直接照射在印刷白紙上會使紙張受熱變形變黃。為了解決上述問題，利用光學透鏡聚光，并采用光纖傳輸?shù)姆绞阶龅嚼涔狻?/font>
1.4 圖像采集及處理模塊
對生產(chǎn)線上色標的動態(tài)圖像采集的程序設計流程如圖6所示。計算機中的圖像是用像素表示的。當攝像機的位置有偏差時，相鄰兩像素點所表示的距離則會不同，所以需要在計算分析前做好定標工作。即先拍攝一幅正確的色標圖像，分析它的像素點與實際距離的比例關系，然后利用這個比例標準來分析實際色標圖像[1][2]。
印刷機套色偏差的計算采用基準線方法。即以C、M、Y、K四線中的一條為基準線，如以M線為基準，則各線在x、y軸的距離計算如下式（1）。計算結果與標準進行比較，得到各線的偏差，即每版印刷紙的對色偏移量。
2 上位機軟件平臺設計
上位機的軟件設計在Visual C++6.0環(huán)境下結合MIL函數(shù)庫[3]來實現(xiàn)。
3 實驗結果與結論
3.1 實驗
參照JB/T5432-1991 卷筒凸版印刷機和JB/T6426-1992 平板凹版兩用印刷機的標準，制作了色標在印刷機上運動的模擬運轉(zhuǎn)平臺，實驗結果如圖7所示。系統(tǒng)套色精度為0.1mm，滿足國內(nèi)印刷業(yè)的實際使用標準。
3.2 總結
套色印刷機自動對色系統(tǒng)是一種可檢測印刷機的套色質(zhì)量并自動將套色偏差調(diào)整至最佳狀態(tài)的裝置。系統(tǒng)可加裝在普通套色輪轉(zhuǎn)印刷機上，對運行中印刷機的套色精度進行實時顯示以及動態(tài)調(diào)整，擺脫了印刷業(yè)一貫以人工來主觀判斷四色對準精度的狀況。該系統(tǒng)省時、省力，進一步實現(xiàn)印刷生產(chǎn)的自動化，使印刷精度有了保證，具有非常廣泛的應用前景。
參考文獻：
1 章毓晉.圖像工程（上冊）[M].北京：清華大學出版社，2000
2 應義斌，饒秀勤，黃永林等.運動水果圖像的實時采集方法與系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2004；35（3）
3 Matrox.MIL User Guide. http://www.matrox.com/imaging,2004
作者簡介：魯波（1980-），女，黑龍江人，工程師，2005年畢業(yè)于中國計量科學研究院測試計量技術及儀器儀表系，獲碩士學位?，F(xiàn)主要從事機器視覺系統(tǒng)的軟硬件設計開發(fā)工作。