CN106897996A - 基于机器视觉的套印误差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于机器视觉的套印误差检测方法。通过摄像头采集目标图像，目标图像包含多个定位标记；计算定位标记面积，标记面积与标准面积差值不大于规定阈值则采用模板匹配，提取定位标记中心，根据中心位置与标准位置的偏移量来检测套印误差；标记面积与标准面积差值大于规定阈值则采用边缘分割，提取定位标记边缘，根据边缘位置与标准位置的偏移量来检测套印误差。完成误差的检测之后自动对印机进行调整。本发明利用图像分割和模板匹配，解决了现有技术计算量较大，误差大，鲁棒性不强且无法根据误差自动调整的技术问题，适合在印机行业进行推广。

Description

基于机器视觉的套印误差检测方法

技术领域

本发明涉及到印机行业智能制造技术，具体涉及到一种基于机器视觉的套印误差检测方法。

背景技术

多色印刷需要将不同色版，不同图文印刷重叠套准，依照一定次序印刷。因此，检查印品质量的关键是印刷机套印精度。

传统的套印标记主要包括猫眼、单圆和十字线标志三种，这类套印标记发明用于人工检测套印误差，所以受到人主观信息的严重影响而且人工判断效率低精度差难以适用当今的印刷现状。随着机器视觉与数字图像处理技术的发展，用数字图像处理技术检测套印误差的技术成为一种趋势。

现有的一些基于机器视觉的套印误差检测方法，例如针对十字线图像，有通过匹配技术确定各原色的中心坐标，由坐标的偏差确定套准误差的方法，还有根据差影法计算模板图与搜索图的差值图来检测套准误差，但是一旦原色重叠将无法找到对应原色中心，说明四个十字线图像并不适合机器视觉套印误差检测。“米”字型图标套印误差检测依赖于不同颜色线的首尾位置和倾斜角度来进行套印误差的计算，然而印刷过程中像素可能丢失，收尾位置计算会受到严重影响，难以保证鲁棒性和计算精度。原色色点图标通过测量色点圆心之间的距离，且将与设定的标准距离相比较表征套准精度，然而只适用于颜色较少的印刷机同时也无法解决标记重叠问题。

发明内容

本发明提供一种基于机器视觉的套印误差检测方法，以解决现有技术计算量大，无法解决定位标记重叠、缺失等引起的检测误差较大的技术问题，使得印机能够自动校准套印误差。

本发明提供了一种基于机器视觉的套印误差检测方法，包括以下步骤：

s1采集目标检测图像。在印刷单元经过所有印刷步骤后，相机自动采集印刷单元上的固定区域，该区域包含所有定位标记。

s2根据采集目标图像左边与下边两个边缘方向以及规定好的原点位置建立xoy坐标系，通过黑色定位标记的边缘计算出其相对于xoy坐标系的偏转角度。通过平移和旋转，将标记的中心点置于xoy坐标系的原点，使得标记边缘与坐标系完全重合，没有偏转角度；

s3将黑色定位之后，以xoy坐标系作为标准，对除印刷机黑色外的其他颜色定位标记计算面积总和，如果标记标准面积相加总和与计算结果差值小于等于规定好的阈值，则执行s4，如果标记标准面积相加总和与计算结果的差值大于规定好的阈值，则执行s5；

s4对采集目标图像进行模板匹配。找出定位标记的中心坐标与标准中心位置的上移偏差和下移偏差，根据中心位置确定对应印刷机颜色，根据偏移量确定对应颜色所在的横纵校准装置的调整方向和调整量；

s5对采集目标图像进行边缘提取。根据印刷机各颜色对应的定位标记边缘坐标值及中心位置，分析计算套准误差，根据偏移量确定对应印刷机颜色所在的横纵校准装置的调整方向和调整量。

采用上述技术方案后，本发明的技术方案存在以下有益效果：

利用机器视觉技术，通过工控机安装的套印误差检测***分析目标图像，得到套印产生的误差，将误差返回给校准装置，校准装置调节误差，印刷机可以根据对应色标的偏移情况精确调整下一印刷单元的套印位置，实现印刷套印误差自动校准。方法采用十字代表印刷机黑色版，其余不同形状定位标记代表不同印刷机颜色可以适用于各种印刷机，既摆脱了颜色造成的影响，也减少了图像预处理过程以节约时间，而且可采用黑白相机采集图像以节约成本。在不重叠情况下，使用模板匹配可以克服真实印刷过程中各种因素造成的边缘不规则、边缘缺失等问题，能够快速有效地定位标记中心，计算套印误差。面对重叠的情况采用图像边缘分割来计算套准误差解决了图像重叠无法定位中心的问题，而且计算方法简单无需消耗过多时间。

较佳地，不同印刷机颜色对应不同形状定位标记，定位标记的宽度与高度保持一致，标记之间的间距为标记宽度的一半，标记的最下边缘在同一水平线上时标记中心也能保持在同一水平线。印刷机黑色定位标记为“十”形状。

较佳地，所述除印刷机黑色外的定位标记标准面积相加总和与计算结果差值的阈值规定为面积总和的1/20-1/30。在进行套印之前，事先需要设计好定位标记大小，根据大小设置阈值，阈值过大会干扰进一步的图像分析，不利于定位标记的准确识别。

较佳地，提取边缘后不考虑重叠边缘，色块上下边缘确定简单，取出灰度阶调变化较大的地方，根据未重叠边缘及形状宽度高度推测重叠边缘位置。计算两个定位标记的横向误差时，只需要分离这两个标记的边缘。

较佳地，所述的匹配模板大小与相机采集图像大小相一致，包含所有颜色对应定位标记和标记标准位置。

进一步地，所述上移偏差和下移偏差使用像素值进行计算，计算之后根据所用CCD相机分辨率，将像素值转换为对应的距离值，得到实际的套印误差。

附图说明

为了更清晰的说明本发明实施例中的技术方法，下面将对实施方式中所使用的附图进行简单的说明。

图1本发明套印误差检测方法实施例1的流程图

图2适用于本发明套印误差检测定位方法的定位标记示意图

图3本发明套印误差检测方法实施例2的结构图

其中，附图标记为：

w1、定位标记宽度；h1、定位标记高度；w2、定位标记间距；a、印刷单元；b、定位标记所在位置；c、目标图像采集范围；1、传输线；2、传输线；3、黑白线阵CCD相机；4、LED光源；5、四色印刷机；6、横向校准装置；7、纵向校准装置；8、工控机；9、板卡。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于机器视觉的套印误差检测方法，具体包括以下步骤：

s1采集目标检测图像。在印刷单元经过所有印刷步骤后，相机自动采集印刷单元上的固定区域，该区域包含所有定位标记。

s2根据采集目标图像左边与下边两个边缘方向以及规定好的原点位置建立xoy坐标系，通过黑色定位标记的边缘计算出其相对于xoy坐标系的偏转角度。通过平移和旋转，将标记的中心点置于xoy坐标系的原点，使得标记边缘与坐标系完全重合，没有偏转角度；

具体地，以四色印刷机为例，图2为本发明套印误差检测定位标记示意图。印刷机的黑色K版标记为“十”形状。印刷机的青色，品红，黄色分别为与“十”宽度w1高度h1相同的正方形，圆形，六边形，他们的中心在标准情况下处于同一水平线，间距w2。黑色标记中心坐标应置于原点(0,0)，标记方向为图像左边和下边两条边缘方向，过程中涉及到的旋转及平移操作所需要的角度即为黑色的印刷误差。

s3将黑色定位之后，以xoy坐标系作为标准，对除印刷机黑色外的其他颜色定位标记计算面积总和，如果标记标准面积相加总和与计算结果差值小于等于规定好的阈值，则执行s4，如果标记标准面积相加总和与计算结果的差值大于规定好的阈值，则执行s5；

s4对采集目标图像进行模板匹配。找出定位标记的中心坐标与标准中心位置的上移偏差和下移偏差，根据中心位置确定对应印刷机颜色，根据偏移量确定对应颜色所在的横纵校准装置的调整方向和调整量；

具体地，模板匹配就是在采集到的目标图像中搜寻目标，已知该图中有四个定位标记对应着四种颜色，且该目标同模板有相同的尺寸、方向和定位标记图像，通过基于特征的模板匹配算法，在图中找到目标定位标记，确定其中心坐标位置。在找到四个定位标记的中心位置之后，计算各个颜色定位标记中心位置与设定的标准所在位置的横向和纵向偏移，所得到的像素值即为套印误差。

s5对采集目标图像进行边缘提取。根据印刷机各颜色对应的定位标记边缘坐标值及中心位置，分析计算套准误差，根据偏移量确定对应印刷机颜色所在的横纵校准装置的调整方向和调整量。

具体地，例如四色印刷机，四个颜色黑色(K)、青色(C)、品红(M)、黄色(Y)分别对应四个不同的定位标记。若C与M定位标记重叠。在计算C，M的套印误差时只需要C，M的边缘信息。在计算C色横向套印误差时，分离边缘得到C色定位标记最左边缘的位置，计算其与原点的横向距离，将这个距离与1倍的定位标记标准宽度做差值，即可得到C色横向套印误差。在计算M色横向套印误差时，分离边缘得到M色定位标记最右边缘的位置，计算其与原点的横向距离，将这个距离与3.5倍的定位标记标准宽度做差值，即可得到M色横向套印误。在计算C色纵向套印误差时，分离边缘得到C色定位标记最上边缘的位置，计算其与原点的纵向距离，将这个距离与0.5倍的定位标记标准宽度做差值，即可得到C色纵向套印误差。在计算M色纵向套印误差时，分离边缘得到M色定位标记最上边缘的位置，计算其与原点的纵向距离，将这个距离与0.5倍的定位标记标准宽度做差值，即可得到M色纵向套印误差。在求取对应颜色最上边缘时根据计算横向误差时分离的最左或最右边缘判断此段上的像素和其左右像素隶属于哪一种颜色。

较佳地，不同印刷机颜色对应不同形状定位标记，定位标记的宽度与高度保持一致，标记之间的间距为标记宽度的一半，标记的最下边缘在同一水平线上时标记中心也能保持在同一水平线。印刷机黑色定位标记为“十”形状。

较佳地，所述除印刷机黑色外的定位标记标准面积相加总和与计算结果差值的阈值规定为面积总和的1/20-1/30。在进行套印之前，事先需要设计好定位标记大小，根据大小设置阈值，阈值过大会干扰进一步的图像分析，不利于定位标记的准确识别。

较佳地，所述的匹配模板大小与相机采集图像大小相一致，包含所有颜色对应定位标记和标记标准位置。

进一步地，所述上移偏差和下移偏差计算时使用像素值，计算之后根据CCD相机分辨率，将像素值转换为距离值，得到实际的套印误差。

实施例2

如图3所示，本实施例提供一种基于机器视觉的套印误差检测装置，适用于采用上述实施例1中的套印误差检测方法进行自动套印误差检测校准，包括工控机8，所述工控机8安装有套印误差检测***，以实现实施例1的处理过程；

还包括用于采集图像的黑白线阵CCD相机3、用于照明的LED光源4、四色印刷机5、横向校准6和纵向校准装置7；

所述横向校准6和纵向校准装置7连接于工控机8，所述校准装置6和7安装在印刷机5上用来根据返回的套印误差校准印刷；

还包括板卡9，所述LED光源4通过板卡9与工控机8连接，所述CCD相机3与板卡9连接，通过板卡9采集数据，工控机8处理后将数据发送出去，调整校准装置6和7，所述板卡安装在工控机上。

具体地，该检测装置主要用于套印误差检测的自动调整，工控机8中安装图像采集***和套印误差检测***。通过采集***控制相机3快门速度，景深等一系列参数，获取目标图像，并将目标图像传送给套印误差检测***。套印误差检测***获得图像后直接根据像素点计算定位标记面积并判断是否重叠采用不同的误差检测方法，计算好套印误差之后根据CCD相机3分辨率，将像素值转换为距离值，得到实际的套印误差。工控机8将套印误差传输给横向套印校准装置6和纵向套印7校准装置。校准装置进行校准，印刷机5继续打印下一印刷单元。

较佳的，相机3以保持预设的横向和纵向角度安装在印刷机5支架上，具体地，相机3纵向与标准纸张前进方向平行，相机3与光源4都放在印刷品有印刷标记的一侧，保持相机3能够按照预定角度进行图像获取。

进一步地，通过工控机8控制相机3快门速度、焦距、光圈、景深以及距离印刷机5的垂直距离。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不是相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉的套印误差检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1采集目标检测图像，在印刷单元经过所有印刷步骤后，相机自动采集印刷单元上的固定区域，该区域包含所有定位标记；

s2根据采集目标图像左边与下边两个边缘方向以及规定好的原点位置建立xoy坐标系，通过黑色定位标记的边缘计算出其相对于xoy坐标系的偏转角度。通过平移和旋转，将标记的中心点置于xoy坐标系的原点，使得标记边缘与坐标系完全重合，没有偏转角度；

s3将黑色定位之后，以xoy坐标系作为标准，对除印刷机黑色外的其他颜色定位标记计算面积总和，如果标记标准面积相加总和与计算结果差值小于等于规定好的阈值，则执行s4，如果标记标准面积相加总和与计算结果的差值大于规定好的阈值，则执行s5；

s4对采集目标图像进行模板匹配，找出定位标记的中心坐标与标准中心位置的上移偏差和下移偏差，根据中心位置确定对应印刷机颜色，根据偏移量确定对应颜色所在的横纵校准装置的调整方向和调整量；

s5对采集目标图像进行边缘提取，根据印刷机各颜色对应的定位标记边缘坐标值及中心位置，分析计算套准误差，根据偏移量确定对应印刷机颜色所在的横纵校准装置的调整方向和调整量。