采用多个摄像机的图像检验方法与流程

本发明涉及一种采用多个摄像机的数字式图像检验方法。

本发明处于印刷产品的自动化品质控制的技术领域。

背景技术：

在印刷工业，对生产的印刷产品进行自动化品质控制是久为人知的。为此，通常使用由一个或多个数字式摄像机组成的摄像机系统以图像技术的方式检测已生产的印刷产品。在此，数字式摄像机既可安装在印刷机内部(有利地安装在最后的印刷机构之后)也可在印刷机外部安装在收料器上。

在此，具有内部安装的数字式摄像机的系统在大多数情况下是印刷机自身的组成部分，而具有在印刷机外部安装的数字式摄像机的图像检验系统在大多数情况下是外置的且独立工作的系统，然而，这些外置的且独立工作的系统必须与印刷机的运行进行同步化，并且将其检验结果的反馈分别发送至印刷工人或者发送至印刷机的控制装置。

印刷产品的印刷图像通过数字式摄像机系统被扫描输入并且被传递至连接的图像处理计算机。然后，在该图像处理计算机中检查已拍摄的数字式印刷图像所可能存在的印刷错误。在此，存在如何实现检查的不同可能性。最常用的是，将拍摄的印刷图像与理想的数字式额定图像进行比较。这种比较通过阈值计算(schwellwerteberechnung)进行。在此检查：拍摄图像的图像值与理想的数字式比较图像的额定值之间是否存在大于预先确定的阈值(或者允差值)的偏差。

在此，理想的数字式额定图像可通过多种方式产生。一种变型方案是由预印前级数据产生；即，由数字形式存在的印刷任务数据产生。此外，广为流行的是学入(einlernen)额定图像的方法。在此，在机器中多次对检查的印刷图像进行印刷并且由图像检验系统的数字式摄像机扫描输入。然后，系统由不同的数字式印刷图像构成了平均的、接近理想的额定印刷图像。

与由预印前级数据产生相比，上述方法的优势在于，相较于由预印前级数据以数字方式产生的理想的额定印刷图像而言，上述产生的额定印刷图像大大接近于借助所使用的印刷机实际可能生成的、尽可能理想的印刷图像。

如果此时由摄像机系统所拍摄的数字式印刷图像与数字式额定印刷图像之间的比较显现出高于允差值的偏差，则印刷图像的具有这类偏差的相应区域被图像处理计算机发送至印刷机的控制计算机并且被该控制计算机通过图像显示器给印刷工人显示为印刷错误。

在此，如果摄像机系统包括多个数字式摄像机，这具有能够更准确地检查印刷图像的优势，由此得出针对图像检验系统工作方式的各种其它后果。每个数字式摄像机于是仅扫描待检查印刷图像的一部分。在图像处理计算机中，要么这些如此产生的子图像此时可单独地与相应的理想子额定印刷图像进行比较；要么这些子图像被组合成数字式整体印刷图像并且然后与整个理想的额定印刷图像进行比较。至于哪种方式更具有意义，这还与图像检验系统的硬件相关；图像比较的算法自身也对此具有重大影响。在绝大多数情况下，组合成数字式整体图像以及其与理想的额定整体印刷图像比较的效率更高。

然而，这种方式要求的是：单个子图像极为准确地组合成数字式整体图像。否则会在子摄像机的对接棱边(也就是单个子图像之间的重叠区域)上产生图像伪影(bildartefakte)。在将摄像机子图像相组合的情况下，然而还会出现另外的问题。对于这类图像检验，通常采用电子式线阵摄像机(zeilenkamera)用于图像检测。在此，这种摄像机包括三个单摄像机，其中每个摄像机分别以线阵方式并且在地点上分开地检测分别为r、g和b的子图像。然后，如此产生的三线阵形式的rgb子图像被组合成整体图像。对此，现有技术中公开了两种方法：采用三线的方法；以及采用具有棱镜的3ccd线阵的方法。

因为各个拍摄的线以在空间上分开地布置在线阵摄像机中的方式进行拍摄，因此这三个单摄像机必须在机械方面准确地定向，以避免图像中的彩色条纹但是，由于成本限制，这种机械定向在生产制造中通常并不能足够准确以彻底避免彩色条纹。线阵摄像机中的光学器件的像差(aberration)也会促成彩色条纹的产生。

对此，欧洲专利文献de60302183t2的译本中公开了一种具有紧凑的f-theta透镜的光学扫描设备，用于有效地校正色像差。

此外，欧洲专利文献de69529548t2的译本中公开了一种图像处理方法和图像处理设备，用于从观察者视点出发在从多个视点得到的图像的基础上产生图像，借助该方法和该设备，同样可校正ccd传感器的图像拍摄用的光学透镜的色像差。

然而，该现有技术不适于补偿由三个单摄像机的不准确机械定位所产生的彩色条纹问题。因此，在图像检验中应用这种线阵摄像机的情况下，必须在图像检验系统分析处理时相应地考虑到由此产生的、由摄像机拍摄的数字式印刷图像与实际存在的印刷图像之间的偏差。

如果与实际拍摄的数字式印刷图像进行比较的数字式额定印刷图像是通过学入产生，则这通常不成问题。

然而，如果采用多个摄像机，则会在所有子图像中分别产生个别的彩色条纹。因为不同的线阵摄像机中的三个单摄像机的机械定位具有不同偏差，因此由不同摄像机拍摄的子图像的彩色条纹不同。这导致了：印刷图像中由不同摄像机拍摄的相同面由于彩色条纹而具有不同的色值。

在线阵摄像机的对接棱边(stoβkante)上(在该对接棱边上，单个子图像被组合成数字式整体图像)此时由于通过不同彩色条纹所引起的不同色值而出现硬性的颜色更换，该颜色更换以棱边(kante)形式呈现。在图像处理中，在将如此组合的拍摄的整体图像与数字式额定印刷图像相比较时，这些棱边被识别为图像错误。但事实上，这些棱边并不是真正的图像错误，而仅仅是由非理想线阵摄像机引起的所谓的伪错误(pseudofehler)。

在至今为止的现有技术中，图像检验系统无法自动化地识别这类伪错误。它们必须由印刷人员识别为伪错误、分类成伪错误类别、并显示给检验系统。这造成了印刷人员的巨大工作耗费，在此期间，印刷人员无法从事印刷监控的其它必要事项。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，公开一种数字式图像检验方法，该方法更有效地工作，并且与至今为止从现有技术所公开的方法相比，所需的手动干预更少。

在此，该任务的根据本发明的解决方案是一种数字式图像检验方法，用于借助图像处理计算机对处理承印材料的机器的产品进行控制，其中，借助多个图像拍摄设备分别拍摄待检验印刷图像的数字式子图像，这些数字式子图像在图像处理计算机中被组合成数字式整体图像，由此，在子图像的重叠区域中产生对接棱边，然后，图像处理计算机对这个数字式整体图像进行图像检验，并将该图像检验的结果发送至处理承印材料的机器的控制计算机，并且本方法的特征在于，在将数字式子图像组合成数字式整体图像之后，图像处理计算机借助于棱边探测方法(kantendetektionsverfahren)建立新图像，该新图像仅包含已探测到的棱边，图像处理计算机继而借助图像拍摄设备的对接棱边的已知位置建立另一新图像，该另一新图像仅包含如下区域，该区域具有图像拍摄设备的对接棱边，然后，图像处理计算机使这两个新建立的图像相重叠，由此产生合成的(resultierend)图像，该合成的图像仅包括沿着图像拍摄设备对接棱边的棱边，图像处理计算机将合成的图像应用于数字式整体图像，并且由此定义出合成的数字式整体图像中的、不被图像检验所检测的遮蔽区。

根据本发明的方法的核心在于：避免了图像检验的产生的部分伪错误。为了不排除图像检验中过大的面进而整体上损害了图像检验的品质，有必要找出：这些伪错误中的哪些是最严重的。然后，只有这些严重的伪错误必须从检验中排除。在此，由彩色条纹导致的伪错误主要在印刷图像中已经出现有常规棱边的地方显得尤为突出。也就是说，最严重的伪错误在沿着摄像机对接棱边的硬性彩色条纹与原本印刷图像中的棱边之间的接口处产生。为了求取这些部位，借助于棱边探测方法，由数字式额定印刷图像建立如下新图像：该新图像仅包含具有棱边的图像部位。然后建立第二图像，该第二图像仅包含摄像机的对接棱边。这两个图像被重叠形成新的合成图像，该新的合成图像仅仍包含摄像机对接棱边与图像棱边自身之间的接口区域。然后，这个合成图像与数字式额定印刷图像相重叠，在此，所求取到的接口区域则定义出原始额定印刷图像中由图像检验所遮蔽的图像部位。由此，借助这种方法排除了图像检验中最严重的伪错误，而同时也不需要将各个子图像之间的整个重叠区域排除在检验之外。由此减少了伪错误并且整体提高了图像检验的品质，而不会由于过大的遮蔽区而损害了检验品质。

本方法有利的进而优选的改进方案由从属权利要求以及附图描述中得出。

在此，根据本发明的方法的一种优选的改进方案是：图像拍摄设备涉及到：三线(mittrilinearenzeilen)的彩色线阵摄像机；或者具有3ccd线阵(mitdreiccdzeilen)的彩色线阵摄像机。在此，被证实为优选的图像拍摄设备是：要么以三线要么以3ccd线阵作为技术进行工作的彩色线阵摄像机。

在此，根据本发明的方法的另一种优选的改进方案是：彩色线阵摄像机布置在处理承印材料的机器中。这是因为当图像检验系统的摄像机布置在印刷机中时图像检验最为有效。

在此，根据本发明的方法的另一种优选的改进方案是：两个数字式子图像被水平并排布置的两个彩色线阵摄像机拍摄。对于绝大多数处理承印材料的机器来说，使用并排布置在印刷机中(通常布置在最后的印刷机构之后)的两个数字式摄像机是完全足够的。

在此，根据本发明的方法的另一种优选的改进方案是：遮蔽区总计不大于待检验的数字式整体图像的总面积的0.1％。为了不会严重损害图像检验的品质，由根据本发明的方法所定义的遮蔽区总计最多不大于待检验的数字式整体图像的总面积0.1％。根据本发明，这个值完全足够用来遮蔽所有实际上由彩色条纹所导致的重大伪错误。尽管如此，如果这类伪错误还是继续出现，则也可设想的是：使用高于0.1％的值。这属于相应印刷人员的责任范围，并且应在配置方面由图像检验系统的控制装置有所保留地实现。

在此，根据本发明的方法的另一种优选的改进方案是：上述两个新建立的图像(这两个图像分别包含已探测到的棱边和对接棱边)是二值式图像掩模(bildmasken)，通过将这两个图像进行重叠，产生了合成的二值式图像掩模，该二值式图像掩模仅包含遮蔽区，并且该二值式图像掩模直接被应用于数字式整体图像。在此，这两个新建立的图像(或者说通过将由棱边探测方法所建立的上述两个图像进行重叠得出的合成图像)优选地呈二值式图像掩模的形式存在。也就是说，所求取到的区域显示为白/1，并且遮蔽的区域显示为黑/0。通过将上述两个图像掩模进行重叠，生成了合成的二值式图像掩模，在该合成的二值式图像掩模中，于是仅还存在白/1的遮蔽区。当然，也可以设想一种在白/1与黑/0之间相反的设计方式。这种合成的二值式图像掩模于是能够很容易地应用于数字式额定印刷图像，从而遮蔽区内部的图像区域对于图像检验方法来说几乎是远离的。

在此，根据本发明的方法的另一种优选的改进方案是：处理承印材料的机器是页张胶印机。在此，根据本发明的数字式图像检验方法优选地应用于页张胶印机。然而，本方法不仅仅能用于胶印机，而是也可用于所有其它类型的处理承印材料的机器。对于所有借助多个摄像机工作的图像检验方法而言，超出印刷技术范畴的应用甚至也是可能的。

附图说明

接下来参考附图依据至少一个优选的实施例详细描述本方法以及本方法在功能上有利的改进方案。在附图中，相互对应的元件采用各自相同的附图标记表示。

附图示出了：

图1三线的电子式线阵摄像机和具有棱镜的3ccd线阵的电子式线阵摄像机的拍摄原理；

图2数字式额定印刷图像的示例；

图3具有彩色条纹的数字式额定印刷图像；

图4具有两个不同彩色条纹的组合检验图像；

图5具有两个不同彩色条纹和伪错误的组合图像；

图6三个二值式图像掩模；

图7原始的数字式额定印刷图像，该原始的数字式额定印刷图像具有已标记的遮蔽区；

图8根据本发明的方法的示意性示图；

图9所使用的图像检验系统的示意性结构；和

图10所使用的具有两个摄像机的摄像机系统的结构。

具体实施方式

图8示意性地示出了根据本发明的方法的流程。以印刷任务数据开始印刷工作，并且在持续印刷期间采用图像检验系统28的摄像机系统32进行图像拍摄。在此，在图9中示意性地示出了图像检验系统28。除了印刷机31自身外，图像检验系统28包括安装在印刷机31中的摄像机系统32以及包括图像处理计算机33，该图像处理计算机33直接连接至摄像机系统32并与印刷机31的控制计算机29相连。在此，控制计算机29以其显示器30形成了至使用者27的界面。摄像机系统32自身在图10中再一次示意性地示出。该摄像机系统32安装在印刷机31内部中(通常是最后的印刷机构之后)并且包括：水平并排布置的、呈电子式线阵摄像机35形式的、两个数字式摄像机35。在此，上述两个子摄像机35分别拍摄待检验印刷图像34的一部分(在此情况下约为一半)。大约在印刷图像34中间设有微小的重叠区域，该重叠区域在将这两个子图像进行组合时必须被考虑到。通过对来自印刷任务23的已印刷的原始图像进行图像拍摄，此时产生了印刷区域34的数字式整体图像22，该数字式整体印刷图像22于是在后续图像检验的进程中与数字式额定印刷图像进行比较。图1中示出了呈电子式线阵摄像机35形式的这类数字式子摄像机35的示例。在此涉及到两个实施方式：即，具有三线1的电子式线阵摄像机35，或者，具有棱镜3的3ccd线阵2的电子式线阵摄像机35。图2中还示出了具有在较亮的背景4,6上的暗线条5的理想检验图像。在此，图3示出了在实际的实施方式中具有彩色条纹的、在较亮的背景7,9上的暗线条8的相同图像。这导致了偏差的色值。因为图像检验系统28由两个子摄像机35组成，因此整体图像22首先必须由两个子图像组合而成。在此，图4示出了已经提到的、具有彩色条纹的、在较亮背景上的黑线条的同一示例图像22，其中，上述两个摄像机分别对子图像进行拍摄，并且然后这些子图像在图像处理计算机中组合。在此可看到，在上述两个子图像中，在暗区域11,14和在亮区域10,12,13,15中，彩色条纹被不同强度地显现。这导致了已经提到的伪错误，该伪错误在已述示例图像的图5中再次描述。在这里，可清楚地看到：上述两个子摄像机16的对接棱边上的色值的急剧过渡。

在根据本发明的方法的框架内，在图像拍摄之后，则是对遮蔽区21的求取，该遮蔽区21应防止：已产生的伪错误汇入到图像检验系统28的检验结果中。这通过应用到组合的检验整体图像22上的棱边探测方法得以实现。通过棱边探测方法生成了二值式图像掩模24，该二值式图像掩模24仅标记了整体图像22中包含棱边的图像部位18。图像掩模24的剩余区域17被遮蔽。这种图像掩模24此外在图6的第一图像中示出。在接下来的方法步骤中，于是将棱边探测方法应用到所使用的整体图像22的子摄像机16的对接棱边上。在此，借助摄像机35的对接棱边16的已知位置(即上述两个子图像之间已知的重叠区域)建立出二值式图像掩模25，该二值式图像掩模25作为图像区域19仅包含该摄像机35的对接棱边16。剩余区域17在此同样被遮蔽。这在图6的第二图像中示例性地示出。然后，这两个二值式图像掩模24,25在另一方法步骤中被重叠，由此获得合成的二值式图像掩模20。这在图6的第三图像中示例性地示出。合成的二值式图像掩模20遮蔽了所有的图像区域17，除了上述定义的遮蔽区21。然后，在根据本发明的最后的方法步骤中，合成的二值式图像掩模20被应用于组合的且待检验的已拍摄数字式印刷图像22。由此，在该数字式图像22中定义出不应由检验方法所检测的遮蔽区21。在此，图7示出了已使用的示例图像26，该示例图像26具有已标记遮蔽区21并且包括在的较亮背景上的暗线条。于是，由此获得的数字式图像26被用于原本的图像检验。由此成功地防止了由于单个子图像的彩色条纹所导致的伪错误对图像检验方法所产生的负面影响。

附图标记列表

1三线的彩色线阵摄像机

2具有棱镜的3ccd线阵的彩色线阵摄像机

3棱镜

4示例图像的第一亮面

5示例图像的暗面

6示例图像的第二亮面

7具有彩色条纹的示例图像的第一亮面

8具有彩色条纹的示例图像的暗面

9具有彩色条纹的示例图像的第二亮面

10第一摄像机的、具有彩色条纹的示例图像的第一亮面

11第一摄像机的、具有彩色条纹的示例图像的暗面

12第一摄像机的、具有彩色条纹的示例图像的第二亮面

13第二摄像机的、具有彩色条纹的示例图像的第一亮面

14第二摄像机的、具有彩色条纹的示例图像的暗面

15第二摄像机的、具有彩色条纹的示例图像的第二亮面

16两个子摄像机的对接棱边

17图像掩模中的遮蔽区域

18图像棱边区域的二值式图像数据

19对接棱边区域的二值式图像数据

20合成的二值式图像掩模

21遮蔽区

22由子图像组成的、具有彩色条纹的示例图像

23来自印刷任务数据的原始示例图像

24具有图像棱边区域的二值式图像掩模

25具有对接棱边区域的二值式图像掩模

26由子图像组成的、具有彩色条纹和遮蔽区的示例图像

27使用者

28图像检验系统

29印刷机的控制计算机

30显示器

31印刷机

32摄像机系统

33图像处理计算机

34印刷的印刷基底

35数字式线阵摄像机

36具有彩色条纹的示例图像