專利名稱：測量基底的表面質量的方法及裝置的制作方法
測量基底的表面質量的方法及裝置
本發明涉及一種測量基底的表面質量的方法及裝置，尤其涉及一 種測量將在其上印刷圖像的基底的表面質量的方法及裝置。
印刷圖像的質量取決于多個變量，例如印刷壓力，墨粘度以及溫 度，而這些通常是印刷操作員的責任，印刷操作員對印刷圖像的質量 采用主觀評估，并且相應地對這些變量進行調整，直到印刷圖像的質 量令人滿意為止。
然而，除了操作員可控制的那些變量之外，其上印刷圖像的基底 的表面均勻性也會影響印刷圖像的質量。例如，在壓印中，印刷圖像 的質量主要地取決于將圖像轉印到其上的表面的平滑度或粗糙度，以 及平滑度/粗糙度的均勻分布。平滑度空間分布的均勻性在將墨轉印到 基底上的過程中可能是最重要的方面。基底表面上的高點和低點將接 收到較多或較少的墨，取決于它們的相對高度(或深度)。在墨轉印的 過程中的任何不均勻都被人視作斑點(也即，補綴)，并且在印刷的文
字或字符中被視為字符的形成欠佳和/或邊緣清晰度欠佳。
本發明尤其是設計用于"接觸式"印刷方法(例如，平版印刷、輪 轉影印、苯胺印刷以及其他印刷方法，其中載有墨的印刷板與將要把 墨轉印到其上的表面相接觸)中所用的諸如銅版紙和硬紙板(例如較重 或較厚規格的紙張)之類的基底，與將圖像轉印到基底的表面所使用 的方法無關，雖然必須認識到本發明可以用于測量將要把圖像印刷于 其上的任意基底的質量。它也可以用來測量任意類型的凸雕或凹刻表 面的質量。
現有技術的一種對基底表面質量的測試方法是在基底上印刷一個 圖像，然后評估該印刷圖像的質量。然而，這是一種昂貴且耗時的過 程，其結杲完全與當時所測試的特定批次的紙張相關。由于這些原因， 基底的制造商將會傾向于一種可以在圖像印刷到基底上之前，測量任 意批次的任意給定基底的質量的測試。
人們開發了多種方法以通過分析基底的表面來預測印刷性能。在一種方法中，將基底保持在一對平行的金屬板之間。然后，將空氣以 已知壓力從基底的一端推到另一端，并且測量在該基底的另一端處的 壓力。該測試的結果旨在指示該基底的表面粗糙度(或平滑度)。然而， 這樣的方法具有缺點，即，它突出了一個特定區域的表面粗糙度，且 不能對整個基底進行平均，因此將不一定能確定所有區域的表面粗糙 度，如果這些區域與被測基底的整體面積相比較小。這些設備只能測 量非常小區域內的局部粗糙度，因此不能提供較大樣本區域內的粗糙 度的均勻分布的指示。
在另一種方法中，使用一種外形測量設備，其引入了激光技術以 測量表面粗糙度。這樣的設備受限于測量非常小的區域，有時只有l 平方厘米那么小，因此，在生產質量控制方面，人們發現這些設備不
能可靠地預測基底的表面質量。這是因為印刷機通常使用具有2米或 2米以上的寬度的基底，以及因此1平方厘米的測試區域不夠大。
因此本發明的目的在于，提供一種用于測量基底的表面質量的方 法及裝置，以使得可以在將圖像印刷到基底上之前對將要印刷到該基 底之上的圖像的質量進行預測。
因此，根據本發明的一方面，提供了一種測量基底的表面質量的 方法，包括如下步驟
使用圖像獲取裝置獲取該基底的一部分表面的數字圖像；且
測量所獲得的數字圖像的一個或多個物理特征以提供對該基底的 表面質量的指示。
該方法可以包括步驟在獲取該數字圖像之前，與基底的主要平 面成一個角度照明該基底的所述部分表面。
所獲得的數字圖像可以包括多個像素，且該方法可以包括對所獲 得的數字圖像之內的測試區域的像素，測量每個像素的物理特征并且
特征作比較。該測得的物理特征可以是每個像素的亮度。
該方法可以包括將在測試區域內每個^f象素的測得的物理特征與兩
個或更多個相鄰像素的測得的物理特征作比較。
所獲得的數字圖像之內的像素測試區域可以包括多個以行和列排
列著的像素，且該方法可以包括將在該測試區域內每個像素的測得的物理特征與位于同一行之內的第一相鄰像素的測得的物理特征以及位 于同一列之內的第二相鄰像素的測得的物理特征作比較。
該方法可以包括，將在測試區域內的每個像素的測得的物理特征 與位于相鄰行或列之內的相鄰像素的測得的物理特征作比較。
該方法可以包括對獲得的數字圖像之內的像素測試區域測量一組 相鄰像素的物理特征，并且將該組像素的測得的物理特征與相鄰的一 組像素的物理特征作比較。測得的物理特征可以是每組相鄰像素的平 均亮度。
當獲得的數字圖像是彩色數字圖像，如24位彩色數字圖像時，該 方法可以包括在測量該數字圖像的每個像素的物理特征之前將該彩色 數字圖像轉化成例如8位數字圖像的灰階數字圖像的步驟。
該方法可以包括對數字圖像的測試區域測量平均像素亮度值以及 對該測試區域內所有像素的亮度值測量標準差的步驟。
替代地，彩色數字圖像可分成它的每個成分部分，例如紅光、綠 光和藍光，以產生三個獨立的成分部分的灰階數字圖像，每個灰階數 字圖像都是8位灰階數字圖像。在這種情況下，該方法可以包括對每 種成分部分的灰階數字圖像的測試區域測量平均像素亮度值以及對該 測試區域內所有像素的亮度值測量標準差的步驟。
該方法可以包括選擇具有最大像素亮度標準差的灰階數字圖像供 進一步分析的后續步驟。具有最大像素亮度標準差的數字圖像將會提 供對基底表面質量的更加準確的評估，因為較大的像素亮度標準差代 表了該測試區域內像素的較寬范圍的亮度值。諸如麻布之類的外來或 雜質材料對圖像的污染可能對該標準差計算產生不確定的結果，因此 應避免此類材料的存在。
如果該基底包括增亮劑，則藍光成分灰階數字圖像不可以用于進 一步分析，且替代地可以使用紅光或是綠光成分部分的灰階數字圖像。 優選地，所使用的成分部分的灰階圖像是具有最大的像素亮度標準差 的圖像。
該方法可以包括增強灰階數字圖像的步驟。在一個實施例中，對 灰階數字圖像的測試區域內每個像素的亮度值進行調整，如果該像素 的亮度值不同于該灰階數字圖像測試區域內的所有像素的平均亮度
7值。灰階圖像的增強也可以包括通過一個放大系數來調整測試區域內 每個像素的亮度值。例如，該放大系數可以由每個像素的亮度值與該 灰階數字圖像的測試區域內所有像素的平均像素亮度值的算術距離來 確定。
該方法可以包括調整測試區域內每個像素的亮度值以將該測試區 域內所有像素的亮度值基本均勻地擴散到整個可見光譜區的步驟。在
8位數字圖像中，該范圍是介于0到255之間的像素亮度值，其中0 是黑色而255是白色。得到的數字圖像經常被稱為單色圖像，且可以 高于或低于8位，例如，4位、12位或16位。
該方法可以包括在可視輸出上提供該增強灰階數字圖像的數字顯 示的步驟。然后用戶可以觀察該增強數字圖像，其將示出比該基底表 面的其他區域更高/更低的基底表面區域。如果顯示的數字圖像未清晰 地示出基底表面的高/低區域，該方法可以包括進一步增強數字圖像的 步驟。對數字圖像進行的增強可以根據用戶所期望的執行任意次數， 直到該數字圖像的高/低區域對用戶為可見。
該方法可以包括提供指示了印刷圖像的質量的可視輸出的步驟。 該可視輸出可以包括一個數值(下文稱為"表面狀況數"〈topographic number〉)，其向用戶指示了該基底的表面質量。
根據本發明的第二方面，提供了一種圖像獲取裝置，該裝置包括
用于獲取基底的一部分表面的數字圖像的設備；
用于存儲與所獲得的數字圖像相關的信息的存儲設備；以及 用于測量所獲得的數字圖像的一個或多個物理特征以提供指示了 該基底的質量的信息的設備，其中該裝置也包括用于照明該基底的那 部分表面的光源，以在該基底表面上于該基底表面的不平坦區域處或 附近投下陰影。
現在將參考附圖僅以舉例方式描述本發明的實施例，其中
圖l是基底的一部分表面的數字圖像；
圖2是基于
圖1的數字圖像的增強數字圖像；
圖3是對圖1中的數字圖像的紅光、藍光和綠光成分取平均而產 生的圖像的像素亮度值的柱狀圖；圖4是基于圖1的數字圖像的增強數字圖像的像素亮度值的柱狀
圖5是圖2的數字圖像的像素亮度值的柱狀圖 圖6是為獲得圖1中的基底表面的表面狀況數，也即表面粗糙度 所執行的計算過程的一部分的說明圖7是用于本發明的方法中的概念性的像素目標區域的視圖8是根據本發明的第一方面的方法的流程圖；且
圖9是根據本發明的第二方面的圖像獲取裝置的概略圖。
圖l是基底25的一部分表面的數字圖像，該數字圖像由圖像獲取 裝置20獲得(如圖12所示)。圖1的圖像(下文將更詳細討論)是一 張白紙的一塊區域的通常的示例，其表面在未借助工具的人眼看來， 是相對無特色的并且是均勻的。然而，這張白紙的表面并非平滑，而 這一點可能對于印刷到基底25上的圖像質量具有有害的影響。因此， 確定基底25的表面粗糙度以及該粗糙度分布的均勻程度是有好處的。 根據本發明的方法可以用于評估基底25的表面質量，并且用于展現對 于人眼不可見的表面粗糙度。
該裝置20是一個數字掃描儀，其包括一個外殼21,該外殼在其 上表面具有一個被玻璃或透明塑料23覆蓋的開口，待測的基底25置 于該玻璃或透明塑料上且由重物26將其保持在原位。該裝置20包括 多個圖像傳感器27，例如CCD(電荷耦合的)或CMOS(互補金屬氧化 物半導體)圖像傳感器。每個圖像傳感器27是將光轉化成電荷的小型 光敏二極管或圖像點(photosite)的集合。在使用中，圖像傳感器 27支承在一個可相對于基底25移動的結構上，從而可以獲取大于圖 像傳感器27的面積的圖像。這樣的配置在本領域內是^^知的。
該裝置20也包括電源28和光源29,后者的目的在于以與基底25 的主要平面成一個角度——優選大約45——向該基底25的表面的將 被測試的區域照明。由光源29向基底25的表面進行的照明，以在該 基底25表面上于該基底25表面的不平坦區域處或附近投下陰影(例 如，將陰影投射在基底"表面上比相鄰區域更低的區域上)。這樣的 陰影，雖然棵眼無法察覺到，但可被圖像點27檢測到，且因此以陰影
9區域中像素亮度值降低的方式記錄在所獲得的數字圖像中。
在本實施例中的圖像獲取裝置20能夠在至少600ppi (像素每英寸) 的分辨率下以全彩或灰階獲取數字圖像。然而，必須理解，也可以使 用能夠獲取更低或更高分辨率的數字圖像的圖像獲取裝置20。
該圖像獲取裝置20連接到一個計算機(未示出)，該計算機被編程 以處理從圖像傳感器27接收到的信息，并且將該信息轉化為存儲的數 字圖像(圖1中的圖像)，優選地，將該圖像顯示在數字屏幕(未示出) 上以〗更用戶，見看。
在此實施例中，圖1中的圖像是一個24位600ppi(像素每英寸) 的彩色圖像(雖然圖1中的圖像是它的灰度色調復制)。在此實施例 中，為了評估基底25的表面質量，必須將該24位彩色圖像轉化成例 如8位數字圖像的灰階數字圖像。灰階數字圖像是每個像素的絕對光 反射值(亮度值)從0變化到255的圖像，無論在轉化之前其最初色 彩為何。像素亮度值Q (零)是黑色，而像素亮度值255是白色。灰 色的變化深淺具有介于1到254之間的值。因此， 一旦轉化成灰階圖 像，每個像素的最初色彩就對該圖像的評估不起作用。如果使用了該 彩色圖像，那么，如果例如有一塊深藍色區域被較淺的色彩所環繞， 則該深藍色區域可能被錯誤地解釋為該基底的表面上的一個凹槽。這 將會給出差勁的和不可靠的結果。
可以進行彩色圖像向灰階圖像的轉化，要么通過從該彩色數字圖 像提取色彩以提供8位灰階圖像，要么通過將該24位彩色數字圖像分 成各個成分部分，例如，紅光、綠光和藍光成分部分，以產生三個獨 立的灰階數字圖像，每個都是8位灰階數字圖像。
許多基底包括例如一種化學顏料的增亮劑，其被紫外光激發以發 射可見藍光。由于該藍光被反射回到該圖像獲取裝置20的圖像點27, 該顏料給予該基底明亮和清潔的外觀，也即光滑而不粗糙的外觀。當 使用通過從原始的24位彩色數字圖像進行單色萃取而獲得的該合并 灰階數字圖像時，該增亮劑將對測量該基底的質量具有有害影響，因 其傾向于"隱藏"基底25的表面上的許多波狀起伏。
因此，為了避免這個問題，如果基底25包括增亮劑，則藍光成分 部分的灰階8位數字圖像不用于進一步分析，而使用所獲得的紅色或綠色成分部分的灰階數字圖像。
如果不知道將被測試的基底是否包括增亮劑，則對藍光成分部分 的分析應該突出是否存在增亮劑。可以通過像素亮度標準差比紅光或 綠光成分灰階數字圖像的像素亮度標準差遠低的藍光成分部分灰階數 字圖像，揭示這一點。
如果該基底25包括增亮劑，該計算機將必須確定應該使用紅光還 是綠光成分部分的灰階數字圖像來作進一步處理。這可以通過比較綠 光和紅光成分灰階數字圖像中每一個的像素亮度標準差而確定。具有 最大像素亮度標準偏差的成分部分的灰階數字圖像應該提供對基底25 的表面質量的更為準確的測量，因為較大的像素亮度標準差表示該數 字圖像中的像素的較寬范圍的亮度值，并因此表示該基底25的表面的 較高和較低區域之間的更大的差。
然而，在這個實施例中，為了測量如圖1所示的基底25的那部分 表面的質量，首先將圖1的圖像轉化成8位灰階數字圖像。這一點是 通過將紅光、藍光和綠光成分部分取平均達到的，因為在基底25中不 存在增亮劑。在圖3中示出了通過將圖1的紅光、藍光和綠光成分部 分取平均產生的圖像的柱狀圖。
常見的是，在灰階數字圖像中，組成該數字圖像的像素的亮度值 是連續的，也即，該灰階數字圖像包括了至少一個亮度值在介于O(零) 和255之間的每個整數像素亮度值上的像素。對于人眼來說分辨具有 數值相近的亮度值的像素是困難的。例如，人眼將會發現不可能分辨 具有亮度值150和151的像素。
因此，有利的是(雖然并非必要)，在測量該基底25的表面質量 的時候，增強該灰階數字圖像(如從圖1的圖像所獲得的)以使得基底 25的表面的高/低區域在灰階數字圖像內更為可見。本發明的方法是 通過使用下述計算調整每個像素的亮度值來達到這一點的
NV = 0PLV + ((OPLV -OMPLV) x IV) + MS (1)
其中
NV =新像素亮度值；
0PLV =原始像素亮度值；
0MPLV =原始圖像平均像素亮度值；IV =內插值；且
MS =平均移動(shift)值(見下文)。
上述計算中的平均移動值將該平均像素亮度值向著可見光語區的 中央(也即在0到255之間大概位于半中間的某處)調整或"移動"， 且以下述方法計算
MS = IV x ((MPLV-255) + 1) (2)
其中
MS =平均移動值；且 MPLV =平均像素亮度值。
如果未執行該平均移動，那么該灰階數字圖像的某些像素的亮度 值， 一旦被調整，將會在可見光譜區的上限或下限溢出。例如，如果 一個像素的亮度值被調整為大于255，它就在該數字圖像上顯示為白 色，與它的像素亮度值是否被調整到256還是270無關。有必要最小 化，且優選地徹底避免這種方式的溢出，因為這會損失有用數據，隨 后不能利用這些數據來測量該基底25的表面質量。內插值必須由用戶 仔細選擇。所使用的內插值越大，該數字圖像的增強就越強。然而， 過大的內插值將會導致某些像素溢出，因此必須仔細選擇內插值。
作為示例，當在灰階圖像數字圖像(如從圖1的圖像中所獲得的) 上執行計算(l)的平均移動時，同時內插值為7,產生了圖4的柱狀圖。 該柱狀圖對于測量基底25的表面質量將不會十分有用，因為該像素亮 度值仍然相對緊密地擁擠，且算術平均亮度值209并非足夠接近可見 光諉區的中心，意味著該像素亮度值沒有充分地擴散到整個可見光鐠 區。
當執行計算(2)的時候，產生了圖5的柱狀圖和圖2的數字圖像。 從圖5的新柱狀圖可以看出，在相鄰的像素亮度值之間具有巨大的差 距，且這些像素亮度值擴散到了整個可見光i普區。例如，可能存在一 個像素具有比如15Q的亮度值，但卻不存在具有145到149或151到 155的亮度值的像素。因此圖2的新數字圖像向用戶更充分地顯示了 基底25的表面的從圖1的數字圖像中不能看到的高/低區域。此外， 使用內插值7不會導致在可見光譜區的上限或下限的任何溢出，如從 圖2的不具有大面積的白色或黑色的增強數字圖像中看出的。一旦圖1的圖像被增強以產生圖2的圖像，該計算機就在例如計 算機顯示器(未示出)的可視輸出上顯示圖2的圖像，從而用戶可以看 到該數字圖像是否已經被增強到期望程度。如果用戶選擇過高的內插 值，新數字圖像的大片區域將會顯示出白色或黑色而只有很小的灰色 區域被示出，這是沒有用的。因此，為每個具體測試選擇適當的內插 值是需要反復試驗的。
如果顯示的數字圖像不能充分地示出基底的表面的高/低區域，該 數字圖像可被再次增強，例如，通過使用一個不同的內插值向從圖1 的圖像中獲得的該灰階數字圖像再次運用上述計算(1)和(2)。
當然，雖然有可能使用未經增強的灰階數字圖像來測量基底25的 表面質量，但所獲得的關于基底25的表面質量的結果通常是數值上太 小，以使得不能獲得關于基底的表面質量的有意義的指示。因此，在 用計算機對灰階圖像進行評估之前對其進行增強是有好處的。當然，
必須理解，也可以使用其他技術以增強灰階數字圖像的質量。
一旦灰階數字圖像被增強，且如所顯示的對用戶是可接受的，該 計算機就評估該增強灰階數字圖像以測量基底的表面質量。如下執行 這一點(見圖8)。
計算機測量在圖2的增強數字圖像的測試區域內的像素的亮度 值，并且將相鄰像素的亮度值相互比較以確定基底的表面質量。測試 區域優選地是在增強的灰階圖像之內的具有x個像素列和y個像素行 的一個矩形區域。然而，可以使用任何形狀的測試區域。
已發現，本發明的方法在分析其中每個像素測量為0. 168mmx 0. 168mm(也即150ppi)的數字圖像時提供了準確的結果。因此，當從 圖2的具有600ppi (也即，每個像素是0. 042mmx 0. 042mm)的分辨率的 增強數字圖像開始時，有必要將該圖像重新調節，直到該像素尺寸被 減少到0. 1695mmx 0. 1695mm，而這一點是通過如下創建"基礎"數字 圖像70 (見圖6)來實現。該"基礎"數字圖像70是通過對該增強數 字圖像的測試區域內的相鄰像素組的亮度值作平均而創建的，以通過 計算測試區域內由16個^f象素組成的每個陣列(例如每個陣列為4x4 像素)的像素亮度值的算術平均數并且將結果存儲在該計算機的存儲 設備之中而創建一個較小的數字圖像。這些結果限定了 "基礎"數字圖像70，其在以像素數量衡量的尺寸上是圖2的增強數字圖像的1/16。 當然，圖1中的原始圖像可以用較低的等于像素尺寸0. 1695mmx 0. 169Smm(也即150ppi)的分辨率獲取，而不是重新調節圖2中的圖像。 然而，這會導致有用的數據丟失，因為裝置20的圖像傳感器27將會 錯過在基底25的表面的亮度值的重大變化。獲得較高分辨率的圖像且 然后對像素組的像素亮度值重新調節或者取平均，提供了對基底25的 表面的更加準確的表示。
然后計算機使用一個概念性的目標區域60 (見圖7)將在該"基 礎"數字圖像70內的每個像素的亮度值與其相鄰像素比較。該目標區 域60在尺寸上是2x2像素，并且包括了 4個像素定位區域，這些像 素定位區域被標為l(位于左上)、2(右上)、3(左下)和4(右下)。 該目標區域60可以替代地僅僅包括兩個像素定位區域，例如像素定位 區域1和2，或^^素定位區域1和3。仍然替代地，目標區域60可以 包括三個4象素定位區域，例如，呈L形且僅包括像素定位區域1、 2和 3。
計算機使用概念性的目標區域60以限定該測試區域的哪些像素 將在單次操作中被相互比較。在每次操作中，落入該概念性的目標區 .域60的每個像素的亮度值被測量并且被相互比較。
在本實施例中，計算機在該圖像的測試區域的左上角開始，并且 將目標區域60沿著該"基礎，，數字圖像70的每個像素行直線地移動， 或者替代地沿著該"基礎"數字圖像70的每個像素列直線地移動，直 到該目標區域60達到該行或該列的末尾為止。然后該計算機將該目標 區域60移回相鄰行或列的開始，且將該目標區域60沿著那行或列移 動。從而該計算;f幾測量并且實際比較在該測試區域內的每個可能的2 x 2像素陣列。
該計算機將該像素定位區域1置于該"基礎"數字圖像70的除一 行以外的所有行像素上，并且置于該"基礎，，數字圖像70的除一列以 外的所有列像素上。這是因為對于在該"基礎"數字圖像70的邊緣處 的一像素行和一像素列，落入該像素定位區域l的像素只能與一個相 鄰像素相比較。雖然可以根據本發明的方法進行這樣的比較，例如通 過使用只有兩個像素定位區域的概念性目標區域，無論是并排的還是一個在另一個上面，但是它與在該"基礎"數字圖像70的剩余部分所 做的比較將不會一致。
然后，對于每個2x2像素陣列，該計算機計算落入該像素定位區 域1之內的像素的亮度值和落入該像素定位區域2、 3和4之內的像素 的亮度值之間的差。在此實施例中，可以使用兩種計算之一，雖然必 須理解可以使用任何其他適合的計算。對于每個2x2像素陣列，第一 種計算落入像素定位區域1、 2、 3和4之中的像素的亮度值的絕對差 的和，4吏用如下z〉式
=(abs (1-2)十abs (2-4)十abs (4-3) +
abs (3-l)+abs (1-4)+abs (3-2)) (3)
第二種計算在彼此對角地相鄰的像素的亮度值之間的絕對交叉差 (也即，在落入像素定位區域1和4之內的像素的亮度值之間的差， 以及落入像素定位區域2和3之內的像素的亮度值之間的差)的和， 使用下述公式
=(abs(l-4) + abs(2-3)) (4)
術語"abs"，是"絕對值，，的縮寫，在上述公式中的使用具有其 通常的數學意義，也即abs(x-y) = V((x-y)2)。
該差的計算突出每個2 x 2像素陣列之內的像素的像素亮度值是 否相差很大。如果該差的計算很大，這指示了具有粗糙度的區域的邊 緣。如果該差的計算較小，這指示了在基底25的該位置沒有粗糙度或 有很小的粗糙度。也就是說，該差的計算將根據基底在該2x2像素陣 列處的粗糙度來區分"高山"和"小丘"。
可以使用由計算機使用上述公式中任何一個公式所獲得的結果， 不會影響對基底25的表面質量的整體評估。
然后該計算機將每個2 x 2像素陣列的差計算的結果存儲在其存 儲設備的第一區域之中。作為單獨的功能，該計算機也計算每個2 x 2 像素中的四個像素的平均亮度值，并將此存儲在該計算機的存儲設備 的第二區域之中。
完成這兩計算之后，該計算機根據情況將該概念性的目標區域移 動到該行或列的下個相鄰像素上，在那里該計算機進行該差運算，將 結杲記錄在該計算機的存儲設備之中，并且繼續前進，等等。該結果例如以表格形式被保存在該計算機的存儲設備中，該表格形式的每個
條目來自該"基礎"數字圖像70中的一個像素位置。
一旦將該目標區域60移遍了整個"基礎，，數字圖像70，該計算 機就使用在該計算機的存儲設備的第一 區域內的列表數據對該"基礎，， 數字圖像70之內的像素計算所獲得的絕對差(或絕對交叉差)亮度值 的標準差(以下稱為"SD1")和算術平均數(以下稱為"AVE1")。 這些被保存在該計算機的存儲設備的一個第三區域中。
然后該計算機使用在其存儲設備的第二區域內的結果以創建一個 新的數字圖像80,其是該"基礎"數字圖像70的尺寸的1/4(見圖6)。 該計算機還對該新數字圖像80之內的所有像素計算亮度值標準差(下 文稱為"SD2")，并且這也被存儲在該計算機的存儲設備中。
然后，如下計算向用戶指示基底25的表面質量的表面狀況數
表面狀況數=SD1 x AVE1 x SD2 (5) 且該表面狀況數在計算機顯示器上顯示以供用戶考慮。
該AVE1項的值與該數字圖像70表面粗糙度的變化率(也即，峰/ 槽是較高且具有陡峭坡度或該峰/槽是較低且具有低緩坡度？)有關， 而該SD1項的值示出了在該AVE1項的值中存在的均勻性程度。因此這 兩項的乘積提供了關于該基底的表面粗糙度的指示。該SD2項與該數 字圖像80之內的像素的亮度值的均勻性有關，且將該項包括進表面狀 況數計算中具有調節高度響應的SD1項的效果。將SD2項包括進來也 使得該SD1項與AVE1項響應于空間分布。
該表面狀況數可以通過僅計算AVE1和SD1項的乘積來獲得，但這 將不如上述公式(5)精確。
表面狀況數為0 (零)指示了該基底的表面，無論粗糙還是光滑， 是均勻的(也即，任何粗糙度都在該基底的表面上均勻分布)，而較 大的表面狀況數則指示了相反的情況，也即該表面的任何粗糙度不是 均勻分布的。操作員可以使用該表面狀況數，并結合所顯示的增強數 字圖像，來確定該基底的質量是否足夠好，從而確定印于其上的圖像 是否會具有較好質量。如果該表面狀況數不位于期望范圍之內，則從 該基底的另 一部分獲取一份新的試樣并做測試。如果所有另取的試樣 (通常取5個)都產生了不在期望范圍之內的表面狀況數，那么可以決定，試樣所取自的基底不能被使用。
該表面狀況數沒有上限。實踐中，可接受的表面狀況數的范圍是
由來自一批基底的一系列樣品確定的，因此，例如為101和157的表 面狀況數對于某一給定基底是可能是可接受的。對所獲得的數字圖像 的色萃取、增強和重新調節所做的調整將會影響該表面狀況數。因此 該表面狀況數對于不同基底(也即一個控制基底和一個測試基底)之 間的比較目的是有用的，在上述的那些變量保持恒定的情況下。
為了對該基底25的表面獲得更精確的表面狀況數，可以用數字圖 像80作為"基礎"數字圖像而重復上述方法。這最終將產生一個更小 的數字圖像90 (見圖6),其是數字圖像80的尺寸的1/4，且從使用 計算(5)獲得的結果可以計算出一個表面狀況數。該方法可以被進一步 重復，直到被用作"基礎"數字圖像的圖像僅僅包括4個像素為止(見 圖6的數字圖像100)。然后該表面狀況數被計算為關于每個"基礎" 數字圖像獲得的所有表面狀況數的算術平均值。
然而，在實踐中，該表面狀況數計算僅僅在三種"基礎，，數字圖 像上執行，且在本實施例中，該表面狀況數被計算成對圖像80、 90和 IOO(見圖6)計算的每個表面狀況數的平均數。
當在說明書和權利要求書中使用時，術語"包括"(comprises) 和"包括"(comprising)以及其變化形式，意為包括了所列出的特 征、步驟或整數。這些術語不應被理解為排除了其他特征、步驟或部 件的存在。
在上述說明書或以下權利要求書或附圖中公開的特征，或用于實 現所公開的結果的方法或過程，視情況而定可以分別地或以這些特征 的任何組合的方式用于以其其不同的形式來實現本發明，所述特征以 其特定形式或按照用于執行所公開功能的裝置而被表達。
權利要求
1. 一種用于測量基底的表面質量的方法，包括如下步驟使用圖像獲取裝置獲取該基底的一部分表面的數字圖像；并且測量所獲得的數字圖像的一個或多個物理特征以提供對該基底的表面質量的指示。
2. 根據權利要求1所述的方法，包括步驟在獲取該數字圖像之 前，與該基底的主要平面成一個角度照明該基底的所述部分表面。
3. 根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中所獲得的數字 圖像包括多個像素，且該方法包括對所獲得的數字圖像之內的測試區 域像素，測量每個像素的一個物理特征，并且將該測試區域內的每個
4. 根據上述權利要求中任一權利要求所迷的方法，其中所測得的 物理特征是每個像素的亮度。
5. 根據上述權利要求中任一權利要求所述的方法，包括將在該測測得的物理特征作比較。
6.根據上述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中在所獲得 的數字圖像之內的像素測試區域包括多個以行和列排列著的像素，且行之內的第一相鄰像素的測得的物理特征以及位于同一列之內的第二 相鄰像素的測得的物理特征作比較。
7. 根據權利要求6所述的方法，包括將在該測試區域內的每個像作比較。
8. 根據上述權利要求中任一權利要求所述的方法，包括對所獲得 的數字圖像之內的測試區域像素測量一組相鄰像素的物理特征，并且 將該組像素的測得的物理特征與 一相鄰組像素的測得的物理特征作比較。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中該測得的物理特征是每組相 鄰像素的平均亮度。
10. 根據上述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中當該所獲取的數字圖像是彩色數字圖像時，該方法包括在測量該數字圖像的每 個像素的物理特征之前將該彩色數字圖像轉化成灰階數字圖像的步 驟。
11. 根據權利要求10所述的方法，包括對該數字圖像的測試區域測量平均像素亮度值以及對該測試區域內的所有像素測量亮度值標準 差的步驟。
12. 根據權利要求1至9中任一權利要求所述的方法，其中所獲得 的數字圖像是彩色數字圖像，該方法包括將該彩色數字圖像分成它的 每個成分部分以產生三個獨立的灰階數字圖像的步驟。
13. 根據權利要求12所述的方法，包括對每個成分部分的灰階數 字圖像的測試區域測量平均像素亮度值以及對該測試區域內的所有像 素測量亮度值標準差的步驟。
14. 根據權利要求13所述的方法，包括選擇具有最大像素亮度標 準差的成分部分灰階數字圖像供進一步分析的后續步驟。
15. 根據權利要求12或權利要求13所述的方法，其中如果該基底 包括增亮劑，則藍光成分部分灰階數字圖像不用于進一步分析。
16. 根據權利要求10至15中任一權利要求所述的方法，包括增強 該灰階數字圖像的步驟。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中對灰階數字圖像的測試區 域內每個像素的亮度值進行調整，如果該像素的亮度值不同于該灰階 數字圖像測試區域內的所有像素的平均亮度值。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中該增強包括通過一個放大 系數來調整該測試區域內每個像素的亮度值。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中該放大系數是由每個像素 的亮度值與該測試區域內所有像素的平均像素亮度值的算術距離來確 定的。
20. 根據權利要求16至19中任一權利要求所述的方法，包括調整 該測試區域內每個像素的亮度值以將在該測試區域內所有像素的亮度 值基本均勻地擴散到整個可見光i普區的步驟。
21. 根據權利要求16至20中任一權利要求所述的方法，包括在可 視輸出上提供該增強灰階數字圖像的數字顯示的步驟。
22. 根據上述權利要求中任一權利要求所述的方法，包括提供指示 了印刷圖像的質量的可視輸出的步驟。
23. —種圖像獲取裝置，該裝置包括 用于獲取基底的一部分表面的數字圖像的設備； 用于存儲與所獲得的數字圖像相關的信息的存儲設備；以及 用于測量所獲得的數字圖像的一個或多個物理特征以提供指示了 該基底的質量的信息的設備，其中該裝置還包括了一個用于照明該基 底的那部分表面的光源，以在該基底表面上于該基底表面的不平坦區 域處或附近投下陰影。
24. —種根據權利要求23所述的裝置，用于權利要求1到22中任 一權利要求所述的方法中。
25. 基本如上文參照附圖所述或如附圖所示的方法。
26. 基本如上文參照附圖所述或如附圖所示的圖像獲取裝置。
27. 任何新穎的特征或在本說明書中和/或在附圖中所描述的特征 的任何新穎的組合。
全文摘要
描述了一種用于測量基底的表面質量的方法。該方法包括如下步驟使用圖像獲取裝置獲取該基底的一部分表面的數字圖像；并且測量所獲得的數字圖像的一個或多個物理特征以提供對該基底的表面質量的指示。
文檔編號G01B11/30GK101460809SQ200680054658
公開日2009年6月17日 申請日期2006年11月17日 優先權日2006年3月21日
發明者R·R·羅森伯格 申請人:真理Ia有限責任公司