专利名称：基于ccd成像的镭射印刷质量检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种特殊印刷工艺生产质量的自动检测，特别是一种基于CCD成像的镭射 印刷质量检测系统和方法。
背景技术：
随着印刷行业客户市场不断增长以及产品价值提升等原因，人们对镭射等特殊印刷工 艺的产品印刷质量越来越重视。由于这种特殊印刷产品具有对光高反射，以及不同角度成 像不同等特点，目前只能依靠人工进行检测，由于个体差别和易于疲劳的原因，人工检测 无法保证产品特征的一致性和产品质量的稳定性，利用机器视觉图像技术对印刷品进行自 动检测已经成为印刷行业发展的必然。
对于常规工艺生产的普通漫反射特性的印刷品质量的检测，采用机器视觉图像检测技 术已经较成熟。但是对于特殊印刷工艺生产的具有烫金、烫银、以及镭射等产品印刷质量 的检测，由于产品对光照表现出强反射特性的原因，难以获得清晰稳定的图像，目前还没 有成熟稳定的解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于CCD成像的镭射印刷质量检 测系统和方法，解决了镭射印刷品表面反射率过强、难于稳定清晰成像的问题，成功地将 机器视觉技术用于特殊印刷工艺的产品的自动化检测。
本发明的技术方案如下
一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置处被检测产品 的印刷质量，包括光学成像系统和图像处理系统，其特征在于，所述光学成像系统包括线 阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，所述光学照明部件与目标检测位置的法线方 向重合，所述线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，所述 安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件，所述安装调节部件为分别调节线阵 CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分 别与目标检测位置之间的距离的部件。
上述光学成像系统还包括产品运动部件，所述产品运动部件为将被检测产品输送至目
标检测位置并使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动的部件。
上述光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；上述光学照明部件采用的光源为
白光功率型LED光源。
上述安装调节部件为可六个维度调节线阵CCD相机的调节部件。 上述图像处理系统为与标准模板比对方式分析判定是否符合标准的图像处理系统。 一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件检
测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，其特征在于，包括如下步骤
A、 根据被检测产品的镭射印刷图像特点，分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的 位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距 离；
B、 将被检测产品输送至目标检测位置；
C、 使光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品；
D、 采用线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，获 得图像数据，所述夹角大于0度小于90度；
E、 将歩骤D获得的图像数据进行处理，得到产品印刷质量的检测结果。 执行完歩骤E后，还执行如下歩骤
F、 使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动，并返回步骤B。
步骤C所述的光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；所述光学照明部件采用 的光源为白光功率型LED光源。
上述步骤E对图像数据进行处理是指将步骤D获得的图像数据与标准模板比对获得超 差点，判定是否符合标准，以得到产品印刷质量的检测结果。
对上述超差点再进行多维度滤波、聚类和区域尺度分析，确定最终的印刷缺陷以判定 是否符合标准，得到产品印刷质量的检测结果。
本发明的技术效果如下
本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置处被检测产 品的印刷质量，光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，其中， 线阵CCD相机可以在极小的空间成像，降低对照明均匀性的要求，适合工业现场安装，光 学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的 夹角大于0度小于90度，使得该光学成像系统成为一种直射斜拍光学成像系统，该"直射 斜拍"方式布置，能获得镭射、以及烫金、烫银等高反射特性的产品的高品质图像，安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件，便于分别调节线阵CCD相机和光学照 明部件的工作位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测 位置之间的距离，以获得清晰的图像。本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，解 决了镭射印刷品表面反射率过强、难于稳定清晰成像的问题。
光学成像系统还包括产品运动部件，该产品运动部件为将被检测产品输送至目标检测 位置并使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动的部件，从而实现对印刷产品的 连续检测，以获得整个印刷产品的完整图像。
其中，光学照明部件选用具有漫射特性的光学照明部件，光学照明部件具有漫射特性， 可以防止镭射表面形成过强的定向反射，从而极大地改善镭射印刷图案的成像特征。
光学照明部件采用的光源为高质量白光功率型LED光源，通过聚光准直、漫射设计， 形成高均匀的漫射光束，具有散热好、半衰期长的优点。
安装调节部件为可以六个维度调节线阵CCD相机的调节部件，安装调节部件可以在六 个维度上灵活调节线阵CCD相机，保证"直射斜拍"方式下，相机的工作距离和俯仰角度 最佳。
本发明光学成像系统利用CCD成像方式采集镭射印刷品的高质量图像，并通过图像处 理系统进行图像处理，与标准模板图像进行比较，分析并判定印刷出来的图像是否符合标 准，实现对镭射特殊印刷工艺下的产品质量自动检测。
本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件 检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，在分别调节好线阵CCD相机和光学照明部 件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间 的距离后，使光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品，然后采用线阵CCD 相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，通过这种"直射斜拍"方 式，能够解决镭射印刷品表面反射率过强、难于稳定清晰成像的问题，从而能获得镭射， 以及烫金、烫银等高反射特性的产品的高品质图像。
本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统和方法可应用于特殊印刷工艺如镭射、 烫金、烫银等工艺生产的印刷品表面质量自动检测，可以极大提高印刷产品质量和生产效 率。
图1为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的结构框图2为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的光学成像系统的结构图3为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法的流程图4为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法图像处理的流程图。
图中各标号列示如下
1、线阵CCD相机，2、相机支架，3、安装调节部件，4、光学照明部件，5、目标检 测位置，6、产品运动部件。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行说明。
图1为本发明的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的结构框图， 一种基于CCD 成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置5处被检测产品的印刷质量，包 括光学成像系统和图像处理系统，图2为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统的 光学成像系统的结构图，光学成像系统包括线阵CCD相机1、光学照明部件4和安装调节 部件3，光学照明部件4与目标检测位置5的法线方向重合，线阵CCD相机1与目标检测 位置5的法线之间的夹角大于0度小于90度，安装调节部件3分别连接线阵CCD相机1 和光学照明部件4，安装调节部件3为分别调节线阵CCD相机1和光学照明部件4的位置、 角度和方向，以及调节线阵CCD相机1和光学照明部件4分别与目标检测位置5之间的距 离的部件。
线阵CCD相机1，具体采用进口三线阵彩色CCD相机，可以在极小的空间成像，降 低对照明均匀性的要求，适合工业现场安装，并配以高成像质量的宽放大倍率的专业镜头， 满足不同幅宽、不同检测精度要求的印刷品的检测。
光学成像系统还可以包括产品运动部件6，产品运动部件6用于输送被检测的印刷产 品，使被检测产品与线阵CCD相机1之间产生相对运动，从而实现对印刷产品的连续检测， 以获得整个印刷产品的完整图像，产品运动部件6能保证产品成像区域与线阵CCD相机1 之间的相对位置不变，使获得的图像不变形。若光学成像系统不包括产品运动部件，则可以 选择另外的输送被检测产品的动力系统或动力装置，该动力系统或动力装置使得被检测产品 与线阵CCD相机1之间产生相对运动，并保证产品成像区域与线阵CCD相机1之间的相对 位置不变，配合本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统一起完成检测。
光学照明部件4为成像提供光源，要求均匀性较高、且光线发射角度较广、照度足够、 寿命较长，光学照明部件4具有漫射特性，可以防止镭射表面形成过强的定向反射，从而极大地改善镭射印刷图案的成像特征，该光学照明部件采用的光源选择高质量白光功率型LED 光源，其漫射特性可以满足高反射特性产品的成像要求，通过聚光准直、漫射设计，形成高 均匀的漫射光束，具有散热好、半衰期长的优点。
安装调节部件3分别连接线阵CCD相机1和光学照明部件4，便于更好地分别调节线 阵CCD相机1和光学照明部件4的工作位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机1和 光学照明部件4分别与目标检测位置5之间的距离，以获得稳定清晰的图像。具体地，安 装调节部件3为可以六个维度调节线阵CCD相机1的调节部件，比如安装调节部件3可 以包括光学照明部件4的安装支架，该安装支架设计成角度可调型，以便安装调试过程中 的角度微调，安装调节部件3还可以包括固定安装线阵CCD相机1的相机支架2，相机支 架2设计成二维可调结构，结合整个安装调节部件3的角度调节，构成六自由度的光学调 节机构，实现线阵CCD相机的六自由度可调，保证"直射斜拍"方式下，线阵CCD相机 的工作距离和俯仰角度最佳。
具体地，产品运动部件将印刷后被检测产品输送到目标检测位置，采用的光学照明部 件为发光面具有一定线宽的高漫射白光光源部件，如白光功率型LED光源的表面设置一层 高漫射材料(如硫酸纸、毛玻璃等)，光沿被检测产品表面法线方向照射物体，光斑落于检 测物体上，选择位于光斑范围内的某一条线作为检测点，线阵CCD相机在光学照明部件的 某一侧以较小的倾斜角度(大于0度小于90度)进行拍摄，并确保光路无干涉。这种光学 照明部件在检测点处以法线方向直射目标点，而线阵CCD相机从单侧斜拍摄成像的"直射 斜拍"方式，能获得镭射、以及烫金、烫银等高反射特性的产品的高品质图像。
光学成像系统利用CCD成像方式采集镭射印刷品的高质量图像后，通过图像处理系统 进行处理，图像处理系统与标准模板图像进行比较，分析并判定印刷出来的图像是否符合 标准，实现对镭射特殊印刷工艺下的产品质量自动检测。具体地，基于CCD成像的镭射印 刷质量检测系统启动时，需要首先加载标准模板图像，作为检测的基础，线阵CCD相机1 实时采集被测产品图像，通过自动对位，将采集图像与标准模板对齐，而后比较相应位置 上的印刷图像，确定图案上的超差点，再对超差点进行不同维度的滤波，去除由于采集系 统噪声导致的虚假信号，然后，对超差点进行聚类和区域尺度位置分析，忽略体积小、不 影响质量的小缺陷，判断并保留大缺陷的位置和强度信息，进行缺陷位置输出和报警，艮口， 通过预先设计的接口通知印刷设备发现印刷错误，或者直接通过报警器通知印刷工人进行 下一歩处理。其中，对超差点的多维度滤波、聚类和区域尺度分析，能够使得该图像处理 系统更加精确地判定镭射特殊印刷工艺下的印刷产品是否符合标准，完成印刷产品质量的
自动检测。
图3为本发明基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法的流程图。 一种基于CCD成像 的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件检测在目标检测位置处被检 测产品的印刷质量，包括如下步骤
A、 根据被检测产品的镭射印刷图像特点，分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的 位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距 离；
B、 将被检测产品输送至目标检测位置；
C、 使光学照明部件直射被检测产品，即，光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照 射被检测产品；
D、 采用线阵CCD相机斜拍被检测产品，获得图像数据，即，线阵CCD相机与目标检 测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，所述夹角大于0度小于90度；
E、 将步骤D获得的图像数据进行处理，得到产品印刷质量的检测结果。 执行完歩骤E后，还执行如下步骤-
F、 如果被检测产品输送完毕，则检测结束，否则，使得被检测产品与线阵CCD相机 之间产生相对运动，并返回歩骤B。
其中，步骤C所述的光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；所述光学照明部 件采用的光源为白光功率型LED光源。
歩骤E的具体实施方式
为将获得的图像数据与标准模板比对方式分析判定是否符合标 准，从而得到产品印刷质量的检测结果，如图4所示，图4为本发明基于CCD成像的镭射 印刷质量检测方法图像处理的流程图。首先加载获取标准模板，再将线阵CCD相机实时采 集被检测产品的图像与标准模板位置对齐，而后与标准模板比对获得超差点，再对超差点 进行多维度滤波，从而去除虚假信号，然后，对超差点进行聚类和区域尺度位置分析，忽 略体积小、不影响质量的小缺陷，判断并保留大缺陷的位置和强度信息，最后进行缺陷位 置输出和报警，从而完成图像处理。
本发明不同于现有的印刷质量检测系统和方法，创造性地采用了特殊的光照成像方式， 实现了印刷行业中目前最难解决的烫金、烫银、镭射等特殊工艺下的印刷产品质量的自动 检测。
应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造， 但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已
进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或 者等同替换，总之， 一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵 盖在本发明创造专利的保护范围当中。
权利要求
1、一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，用于检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，包括光学成像系统和图像处理系统，其特征在于，所述光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，所述光学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，所述线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，所述安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件，所述安装调节部件为分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距离的部件。
2、 根据权利要求1所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于，所 述光学成像系统还包括产品运动部件，所述产品运动部件为将被检测产品输送至目标检测 位置并使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动的部件。
3、 根据权利要求1或2所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于， 所述光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件，所述光学照明部件采用的光源为白光 功率型LED光源。
4、 根据权利要求1或2所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于， 所述安装调节部件为可六个维度调节线阵CCD相机的调节部件。
5、 根据权利要求1或2所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统，其特征在于， 所述图像处理系统为与标准模板比对方式分析判定是否符合标准的图像处理系统。
6、 一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，使用线阵CCD相机和光学照明部件 检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，其特征在于，包括如下步骤A、 根据被检测产品的镭射印刷图像特点，分别调节线阵CCD相机和光学照明部件的 位置、角度和方向，以及调节线阵CCD相机和光学照明部件分别与目标检测位置之间的距 离；B、 将被检测产品输送至目标检测位置；C、 使光学照明部件沿目标检测位置的法线方向照射被检测产品；D、 采用线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间成一定的夹角拍摄被检测产品，获 得图像数据，所述夹角大于0度小于90度；E、 将歩骤D获得的图像数据进行处理，得到产品印刷质量的检测结果。
7、 根据权利要求6所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于，执 行完歩骤E后，还执行如下步骤F、使得被检测产品与线阵CCD相机之间产生相对运动，并返回步骤B。
8、 根据权利要求6或7所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于， 歩骤C所述的光学照明部件为具有漫射特性的光学照明部件；所述光学照明部件采用的光 源为白光功率型LED光源。
9、 根据权利要求6或7所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于， 所述步骤E对图像数据进行处理是指将步骤D获得的图像数据与标准模板比对获得超差点， 判定是否符合标准，以得到产品印刷质量的检测结果。
10、 根据权利要求9所述的基于CCD成像的镭射印刷质量检测方法，其特征在于，对 所述超差点再进行多维度滤波、聚类和区域尺度分析，确定最终的印刷缺陷以判定是否符 合标准，得到产品印刷质量的检测结果。
全文摘要
本发明提供一种基于CCD成像的镭射印刷质量检测系统和方法，用于检测在目标检测位置处被检测产品的印刷质量，该系统包括光学成像系统和图像处理系统，光学成像系统包括线阵CCD相机、光学照明部件和安装调节部件，光学照明部件与目标检测位置的法线方向重合，线阵CCD相机与目标检测位置的法线之间的夹角大于0度小于90度，安装调节部件分别连接线阵CCD相机和光学照明部件。本发明利用CCD成像方式采集镭射印刷品的高质量图像，并通过图像处理系统处理，实现了印刷行业中目前最难解决的烫金、烫银、镭射等特殊工艺下的印刷产品质量的自动检测。
文档编号G01N21/88GK101339145SQ20081011872
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者何晓燕, 敏 朱, 王岩松, 严 赵 申请人:北京凌云光视数字图像技术有限公司