一種印刷機圖案在線檢測和色彩分割的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及印刷圖像檢測的技術領域，尤其是指一種印刷機圖案在線檢測和色彩分割的方法，可以對印刷后的印刷品的圖像進行在線檢測和色彩分割。
【背景技術】
[0002]印刷質量的好壞可以從印刷品的圖像得到很好的反映，通過實時檢測印刷品的圖像并提取其圖像形狀和分割出色彩可以檢測出印刷過程中的某個環節的控制參數的變化和故障診斷，對于一個印刷質量參數如色彩濃度等可以進行在線實時控制，對于無法在線進行實時控制的參數，可以進行故障報警和故障診斷，甚至停機檢修，減少故障帶來的損失，并方便維修。所有這些的一個前提就是，需要進行在線的印刷品圖像檢測和色彩分割，提取相關參數，從而提供印刷機的自動化水平，保證印刷質量。
【發明內容】
[0003]為了實現在線色彩濃度控制和圖案形狀等印刷質量的故障診斷，需要對印刷過程的印刷品進行圖像檢測和色彩分割，本發明提出了一種印刷機圖案在線檢測和色彩分割的方法。
[0004]為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為:一種印刷機圖案在線檢測和色彩分割的方法，首先，需配置有具有通信和圖像處理能力的工業平板計算機及照明光源，并在印刷過程的末端安裝接近傳感器和工業相機，當完整的印刷成品到來時，觸發工業相機拍照，獲取印刷成品圖像，并把該圖像傳給工業平板計算機；在工業平板計算機中進行圖像形狀和色彩分割處理，采用基于主成分分析PCA并結合現有彩色圖像分割算法的新圖像色彩分割算法，該算法是:首先利用PCA算法把圖像分解為主特征分量和殘特征分量兩分量圖，然后采用二次分水嶺算法對殘特征分量圖進行分割，利用K-Means算法對主特征分量圖進行聚類初分割，接著對聚類初分割后的圖像進行相似色彩區域融合，最后把分割后的兩分量圖的進行融合，得到最終的分割結果圖；接著將實時分割后的圖像與存儲在工業平板計算機中的標準圖像對比后，得到印刷實時圖像與標準圖像在形狀和色彩上的差異，為后續的印刷質量故障診斷和色彩濃度實時控制提供依據，為了保證印刷過程、相機拍照和計算機處理三者之間的同步，設計了同步控制器，同步控制器通過RS422通信接口與工業平板計算機通信，獲得圖像處理軟件工作狀態并把相機狀態告知圖像處理軟件；同步控制器通過接近傳感器感知印刷過程中印刷品接近狀態，并結合圖像處理軟件的工作狀態決定是否觸發相機拍照；同步控制器通過I/O輸出方式觸發相機拍照，通過I/O輸入方式獲取相機工作狀態，并把相機工作狀態通過RS422方式告知圖像處理軟件；同步控制器通過功率開關電路控制照明光源；工業相機采用1000M以太網與工業平板計算機通信，實現圖像數據傳輸；為了提高圖像采集和圖像處理速度，采用了多線程機制并使工業平板計算機與工業相機并行工作，結合同步機制，以適合不同印刷機類型和不同印刷速度。
[0005]所述工業平板計算機采用研華的酷睿雙核工業平板電腦PPC-177T，具有1000M以太網和RS422接口，工作頻率高達2.16MHz ;所述工業相機采用堡盟的彩色工業相機SXG21C，具有1920 X 1080分辨率；所述照明光源為D65標準光源，由同步控制器通過功率開關電路控制照明光源；所述同步控制器通過接近傳感器感知印刷成品的到來，通過RS422與工業平板計算機進行通信，實現工業相機和工業平板計算機的同步；所述同步控制器通過輸出I/O觸發工業相機拍照和獲得工業相機拍照結束狀態信號；所述工業平板計算機通過1000M以太網與工業相機通信，獲取印刷品圖像數據、設置工業相機的觸發延時和曝光時間這些工作參數。
[0006]所述同步控制器接收工業平板計算機的工作參數配置和計算機容許拍攝觸發信號，接收工作參數在印刷過程前，所述工業平板計算機首先初始化同步控制器和工業相機，配置印刷成品到來和拍照之間的觸發時間這些工作參數，同步控制器打開照明光源；在印刷過程中，同步控制器通過其接近傳感器感知印刷成品的到來，同步控制器的單片機電路采用基于Cortex-M3內核的STM32F100C8。
[0007]本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果:
[0008]1、采用基于機器視覺的印刷過程印刷質量檢測方法，為后續色彩濃度控制和印刷過程故障診斷提供基礎數據，色彩濃度的閉環控制可以提高印刷質量和印刷速度，印刷過程故障診斷降低了廢品率、提高了設備維修效率。
[0009]2、采用同步控制器感知印刷成品接近和控制標準光源照明，協調印刷過程、工業相機和工業平板計算機之間的同步，適合不同的印刷速度，同時使圖像數據采集和數據處理并行工作，提高系統檢測效率。
[0010]3、采用D65標準光源燈管照明，減少光源對彩色照片的色彩影響。
[0011]4、充分利用標準圖像的色彩數量已知信息，給實時圖像一個良好的初始值，獲得快速圖像處理算法。
[0012]5、針對彩色圖像的印刷過程中目標圖像的色彩分割問題，提出了基于主成分分析并結合經典圖像處理算法的新圖像色彩分割算法，具有內建抗噪聲濾波能力，能對目標彩色印刷圖像的色彩和輪廓進行自動分割。
[0013]6、可以投資少，減少印刷機的初始配墨調節時間，方便檢測實時報警，減少廢品，
提高質量，該方法適用面廣、運營成本低，有利于推廣。
【附圖說明】
[0014]圖1為印刷機圖像檢測原理框圖。
[0015]圖2為同步控制器組成結構圖。
[0016]圖3為印刷機圖像檢測過程活動圖。
[0017]圖4為新的印刷圖像色彩分割算法。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0019]本實施例所述的印刷機圖案在線檢測和色彩分割的方法，首先，需配置有具有通信和圖像處理能力的工業平板計算機及照明光源，并在印刷過程的末端安裝接近傳感器和工業相機，當完整的印刷成品到來時，觸發工業相機拍照，獲取印刷成品圖像，并把該圖像傳給工業平板計算機；在工業平板計算機中進行圖像形狀和色彩分割處理，采用基于主成分分析(PCA)并結合現有彩色圖像分割算法的新圖像色彩分割算法，該算法是:首先利用PCA算法把圖像分解為主特征分量(具有較大特征值的投影圖)和殘特征分量(主要為圖像的紋理特征)兩分量圖，然后采用二次分水嶺算法對殘特征分量圖進行分割，利用K-Means算法對主特征分量圖進行聚類初分割，接著對聚類初分割后的圖像進行相似色彩區域融合，最后把分割后的兩分量圖的進行融合，得到最終的分割結果圖；接著將實時分割后的圖像與存儲在工業平板計算機中的標準圖像對比后，得到印刷實時圖像與標準圖像在形狀和色彩上的差異，為后續的印刷質量故障診斷和色彩濃度實時控制提供依據。為了保證印刷過程、相機拍照和計算機處理三者之間的同步，設計了同步控制器，同步控制器通過RS422通信接口與工業平板計算機通信，獲得圖像處理軟件工作狀態并把相機狀態告知圖像處理軟件；同步控制器通過接近傳感器感知印刷過程中印刷品接近狀態，并結合圖像處理軟件的工作狀態決定是否觸發相機拍照；同步控制器通過I/O輸出方式觸發相機拍照，通過I/O輸入方式獲取相機工作狀態，并把相機工作狀態通過RS422方式告知圖像處理軟件；同步控制器通過功率開關電路控制照明光源；工業相機采用100M以太網與工業平板計算機通信，實現圖像數據傳輸；為了提高圖像采集和圖像處理速度，采用了多線程機制并使工業平板計算機與工業相機并行工作，結合同步機制，以適合不同印刷機類型和不同印刷速度。
[0020]如圖1所示，所述工業平板計算機采用研華(Advantech)的酷睿雙核工業平板電腦PPC-177T，具有1000M以太網和RS422接口，工作頻率高達2.16MHz，滿足所需的通信和圖像處理能力；工業相機采用堡盟(Baumer)的彩色工業相機SXG21C，具有1920X1080分辨率；照明光源為D65標準光源，由同步控制器通過功率開關電路控制照明光源。同步控制器通過接近傳感器感知印刷成品的到來，通過RS422與工業平板計算機(IPPC)進行通信，實現工業相機和IPPC的同步；同步控制器通過輸出I/O觸發工業相機拍照和獲得工業相機拍照結束狀態信號。工業平板計算機通過1000M以太網與工業相機通信，獲取