基于计算机视觉和模糊控制技术的自动对版系统

作者：济南山东大学自动化系（250061）王济浩 周常森 来源：《电子技术应用》 摘要：介绍一种基于计算机视觉和模糊控制技术的彩色印刷对版系统。给出了计算机视觉图像处理和对偏差及偏差的变化量进行模糊处理的方法及系统的控制框图。 关键词：彩色印刷 计算机视觉 图像处理 模糊控制 在凹版印刷过程中，不同色版之间套印的准确性对印刷质量的影响非常大。笔者设计了一种基于计算机视觉和模糊控制技术的凹印彩色自动对版系统，取得了很好的效果。 1 系统概述 彩色印刷时，在每一个色版画面的边缘都印有一条标志线。不同色版之间两条标志线的距离为20mm。检测两条标志线套印的实际距离，就可以测得两色套印的对版误差，并可进一步利用它进行对版。 图1是系统的原理框图。版辊1和2是两个不同颜色的版辊。装在版辊2上的光电编码器、频闪灯、彩色ccd摄像机和插在工控机内的图像采集卡组成同步图像采集装置。版辊2每转一周，频闪灯闪亮一次。亮的时刻和时间长短均可根据需要设定。亮时摄取图像，蝉时图像保持。可以精确地采集到对版标志线的图像。摄像机采集到的图像信号送入计算机。计算机对标志线图像进行处理和分析，确定两色套印得是否准确以及误差量的大小，然后驱动电机m使版辊3上下移动。它的移动改变了版辊1、2之间的纸张长度，也就调整了两条标志线之间的距离，完成了自动对版功能。 2 基于计算机视觉的图像处理 摄像系统采集的图像信号是24位的真彩色数字信号。图像中每一个象素都是由红（r）、绿（g）、蓝（b）三个八位的字节组成。可以分别用0～255级数值表示某一色从深到浅的程度。采用计算机视觉技术处理彩色图像时，计算量大，花费时间多。为了适应对版过程的实时控制要求，必须考虑一些特殊的算法，大幅度减少计算时间。 首先，把对版过程需要处理的信息放在一个200×360象素的矩形窗口中只需对这一窗口中的图像进行处理，不必考虑其他画面。这样可使计算量减少70%以上。 其次，针对图像的特点，采用双阈值的二值化处理方法。设第一色的阈值范围为c11～c12，记为c1；第二色的阈值范围为c21～c22，记为c2。c=c1∩c2。经过处理后，某一象素点的值为： 这里，f(x,y)是变换前某一象素的值，g(x,y)是变换后的值。变换的关键是阈值c11，c12，c21，c22如何选取。 按照色度学的理论，任何一种颜色都可以由rgb三色以不同的比例混合而成，这叫相加混色法。crt显示器主动发光的器件就是采用这种方法。在彩色印刷中，是利用油墨颜料的吸色性质而产生色彩的。在白光的照射下，青色油墨吸收红色而反射青色（绿、蓝色合成）；黄色油墨吸收蓝色而产生黄色（红、绿色合成）；品红色油墨吸收绿色而产生品红色（红、蓝色合成）。这种方法叫做相减混色法。因此，在印刷中基本的颜色是黄色、品色、青色和黑色。从理论上说，这四色的rgb分量分别是黄（0，0，255）；品（0，255，0）；青（255，0，0）；黑（0，0，0）。确定某一色的阈值时，要在理论值的基础上，考虑油墨的色差，光线的变化等因素，选定一组阈值的大小范围。这要通过多次试验才能确定。二值化处理以后，24位的彩色图像变成了每个象素只占1位的二值图像。数据存放在一个25×45字节的矩阵中。信息量大大减少，而且有效地去掉了原始图像中的大量噪声信号。图2（a）是原始图像，图2(b)是二值化后的图像。 从图2（b）中可以看出，两条标志线都是120×10象素的矩阵色块。这样，可以一行一行地对象素进行判断。在某一行中，如果值为0的象素首次连续超过100个，这一行即可认的是第一色标志线的第一行。记下行号为l1。以同样的方法找出第二色标