套色印刷机自动对色系统的设计及实现

【摘 要】：设计并实现了一种基于机器视觉技术的套色印刷机自动对色系统，重点介绍了系统各功能模块的设计以及实现方法。该系统可加装在普通套色印刷机上进行改造使用，以此检测生产线上印刷品的套色质量。其套色精度为0.1mm，满足实际生产的需要，具有广泛的应用前景。

【关键词】：电子色标；数字图像处理；CCD；基准线法

中图分类号：TH12文献标识码：B文章编号：1997-0668(2008)-02

近年来，随着经济的快速发展，印刷业的生产力和质量要求越来越高。在提高生产力的前提下，要获得高质量的产品，就需要加快高新技术的应用，在印刷设备上提高自动化水平。

目前，印刷机普遍使用CMYK四色印刷技术，即用C(cyan青)，M(magenta洋红)，Y 和K(black黑色)四色油墨印制在印品上形成彩色图像。以四色印刷技术为原理的套色印刷机，其套色精度的好坏直接影响后续印刷质量，通常利用CMYK色标图案来检测印前的套色准确度。文章介绍一种基于机器视觉技术的套色印刷机自动对色系统的设计及实现方法。该系统是以计算机图像处理为基础，以CCD摄像机为信号采集手段，以微型计算机芯片为控制、执行机构的自动对色系统。

1. 自动对色系统的功能模块设计

自动对色系统主要由电子色标、照明光源、同步信号控制系统、色标传感器和图像采集、

处理及显示等部分组成，工作原理如下图1所示。

首先由色标传感器检测到识辨标记，然后由信号传送至同步信号控制系统，经辨别分析，计算出同步信号，传送至图像采集卡。CCD摄像机根据图像采集卡的触发信号对色标进行拍摄。所拍图像通过图像采集卡送入CPU进行处理，最后将计算的偏移数据显示到显示器上，同时利用专用接口将偏移量发送出去进行动态调整。

1.1 电子色标的设计

一般普通的印刷色标是为了方便人眼观看的，如图2所示。

当这四种颜色重合时，即为对准。图形为：。利用计算机进行处理时，不同的颜色重合会产生新的颜色，这样就无法判断图形的真实颜色信息。根据实际印刷情况，色标只能放在印刷品的边缘，一般最大只有一到两厘米的地方。经多次试验，设计出专用于印刷业的电子色标，如下图3所示。色标的大小为7×7mm2，各线条宽为0.2mm，相邻两线条在X轴和Y轴上的距离皆为2mm。其中，黑色线Y=X=7mm，黄色线Y=X=5mm，品红色线Y=X=3mm，青色线Y=X=1mm。

1.2 同步信号控制系统

同步信号采集由对比度传感器来完成，利用单片机控制同步信号来记数和拍摄。记录色标位置的识辨标记如下图4。三个黑色色标大小一致为正方形S3=S4=5mm，相互之间的距离为S1=S2=2mm。

当色标检测到识辨标记后会产生如图5所示的电信号，其中U=3V。由单片机计算出同步信号作为图像采集卡的外触发信号。为了避免印刷中油墨以及纸张等其他污迹的干扰，只有当信号满足0.6ms≦t1=t3=t5≦3ms,0.5ms≦t2=t4≦2ms(范围误差为±0.3ms，相似误差为±0.2ms)时，可认为一个正确的同步信号。同时，利用光耦连接同步信号控制系统与图像采集卡，消除同步信号的外界干扰。

1.3 照明光源

系统采用白光光源。根据印刷机的工作速度，CCD摄像机的整帧快门速度控制在1/s，因此光源亮度要足够大。而强光直接照射在印刷白纸上会使纸张受热变形变黄。为了解决上述问题，利用光学透镜聚光，并采用光纤传输的方式做到冷光。

1.4 图像采集及处理模块

对生产线上色标的动态图像采集的程序设计流程如图6所示。计算机中的图像是用像素表示的。当摄像机的位置有偏差时，相邻两像素点所表示的距离则会不同，所以需要在计算分析前做好定标工作。即先拍摄一幅正确的色标图像，分析它的像素点与实际距离的比例关系，然后利用这个比例标准来分析实际色标图像[1][2]。

印刷机套色偏差的计算采用基准线方法。即以C、M、Y、K四线中的一条为基准线，如以M线为基准，则各线在x、y轴的距离计算如下式(1)。计算结果与标准进行比较，得到各线的偏差，即每版印刷纸的对色偏移量。

(1)

2. 上位机软件平台设计

上位机的软件设计在Visual C++6.0环境下结合MIL函数库[3]来实现。程序设计流程如图7所示。

3. 实验结果与结论

3.1 实验

参照JB/T5432-1991 卷筒凸版印刷机和JB/T6426-1992 平板凹版两用印刷机的标准，制作了色标在印刷机上运动的模拟运转平台，实验结果如图8所示。系统套色精度为0.1mm，满足国内印刷业的实际使用标准。

3.2 总结

套色印刷机自动对色系统是一种可检测印刷机的套色质量并自动将套色偏差调整至最佳状态的装置。系统可加装在普通套色轮转印刷机上，对运行中印刷机的套色精度进行实时显示以及动态调整，摆脱了印刷业一贯以人工来主观判断四色对准精度的状况。该系统省时、省力，进一步实现印刷生产的自动化，使印刷精度有了保证，具有非常广泛的应用前景。

参考文献

[1] 章毓晋. 图像工程(上册)[M]. 北京：清华大学出版社，2000.

[2] 应义斌, 饶秀勤, 黄永林, 等. 运动水果图像的实时采集方法与系统研究[J]. 农业机械学报，2004；35(3).

[3] Matrox. MIL User Guide. /imaging,2004.