【CPP114】訊：機(jī)器視覺就是用攝像機(jī)代替人眼,，用計算機(jī)代替人的大腦。機(jī)器視覺用于印刷,，包裝質(zhì)量檢測的工作原理就是用攝像機(jī)拍攝,、采集印品的圖像,，在計算機(jī)中與該印品標(biāo)準(zhǔn)圖像（模板）比較，如果發(fā)現(xiàn)差異并超出設(shè)定的公差范圍,，即判定為不合格產(chǎn)品,。在實際的機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用中要復(fù)雜。


　�,。�,。系統(tǒng)配置及理論原理


　　通常的視覺檢測系統(tǒng)，由照明光源,、光學(xué)鏡頭,、攝像機(jī)、圖像信號的處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,。好的照明光源及照明系統(tǒng)是整個系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵之一,，起著非常重要的作用，它并不是簡單的照亮物體而已,。


　　首先照明光源要能夠真實地再現(xiàn)印品的色彩,，不能夠造成顏色的失真，這就要求光源的發(fā)光光譜接近日光,，同時應(yīng)保證有足夠的亮度并在整個照明區(qū)域內(nèi)亮度均勻,；其次是光源和照明系統(tǒng)的設(shè)計要避免印品上的一些高反射率的特殊區(qū)域，如：燙金,、激光防偽標(biāo)志等使采集的圖像溢出,，造成檢測精度降低或根本無法檢測；最后,，在某些應(yīng)用場合,，還要考慮光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，增加對比度,�,？傊�，在選擇光源和設(shè)計照明系統(tǒng)時,，要根據(jù)印品的具體情況,，確定光源所需的幾何形狀。照明亮度,、均勻度,、發(fā)光的光譜特性等，當(dāng)然同時還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命,。


　　光學(xué)鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體,。光學(xué)鏡頭的品質(zhì)會影響視覺系統(tǒng)分辨物體的能力，影響圖像的對比度以及清晰成像的范圍（景深）。而這些特性的優(yōu)劣受鏡頭本身像差的限制,，鏡頭對像差校正的優(yōu)良與否,，決定了鏡頭的成像品質(zhì)。常見的像差有球差,、彗差,、像散、場曲,、畸變,、色差等六種。


　　機(jī)器視覺檢測過程圖


　　鏡頭通過的是被拍攝物體的光學(xué)信息,，而在計算機(jī)中處理的是被拍攝物體的電信息,，攝像機(jī)的作用就是完成光學(xué)信息到電信息的轉(zhuǎn)換。在攝像機(jī)中,，關(guān)鍵的器件是稱為視覺傳感器的芯片,。在芯片上整齊的排列著象小水池一樣的單元（像素），但它們盛的不是水,，而是電荷,。攜帶被拍攝物體光學(xué)信息的光線通過鏡頭到達(dá)芯片的表面，光信息變成電荷信號（曝光）,，光強(qiáng)的地方電荷多,，光弱的地方電荷少，對應(yīng)著印品上不同區(qū)域的明暗程度,；不同的顏色分解為紅,、綠、蘭三種基色,，存放在不同的像素中,。曝光產(chǎn)生的電荷，按規(guī)定好的順序（掃描方式）依次將電荷讀出,，經(jīng)過放大和其它處理，最后從攝像機(jī)輸出,。這就是攝像機(jī)的工作原理,。


　　高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù)。從攝像機(jī)的應(yīng)用原理,，我們能夠簡單地概括出對其性能的要求,。第一，要有足夠的動態(tài)范圍,，印品上很亮和很暗的部分都能夠準(zhǔn)確地反映,；第二，要有足夠的分辨率（足夠多的像素數(shù)），印品上的微小細(xì)節(jié)都能夠清晰地體現(xiàn),；第三,，要能夠真實地再現(xiàn)印品的色彩；第四,，攝像機(jī)的讀出（行頻或幀率）的速度要與印品的速度匹配,，保證足夠的精度和１００％的采集。當(dāng)然,，攝像機(jī)還有其它的性能指標(biāo),，這里不再一一列舉。


　　印品檢測使用的攝像機(jī)根據(jù)實際情況的不同分為二大類,，線陣攝像機(jī)和面陣攝像機(jī),。線陣攝像機(jī)一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以宣線形式從攝像機(jī)前通過,，才能獲得完整的圖像,，因此非常適合對以一定速度勻速運(yùn)動的物體（印品）的圖像檢測。而面陣攝像機(jī)則可以一次獲得整幅圖像的信息,，象我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)碼相機(jī),。


　　圖像信號的處理是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心，它相當(dāng)于人的大腦,。如何對圖像進(jìn)行處理和運(yùn)算,，是機(jī)器視覺系統(tǒng)開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。＂與模板相比,，找出差異＂,，機(jī)器視覺的工作原理說起來比較簡單，但真正實現(xiàn)上卻很復(fù)雜,。整個圖像信號的處理通常包括：


　�,。ǎ保╊A(yù)處理；


　�,。ǎ玻┨卣鞯奶崛∨c識別,；


　　（３）測量,。


　　高速運(yùn)動的印品通過攝像機(jī)時,，與模板圖像相比，往往會產(chǎn)生位置的移動,、旋轉(zhuǎn),。有時甚至有飄動，使采集的圖像發(fā)生變形失真,；光源的不穩(wěn)定和外界環(huán)境的影響,，使采集的圖像亮度不均勻,。顏色發(fā)生變化；其它外部設(shè)備,、供電電源和采集設(shè)備本身也會引入一定的干擾和噪聲,。為此，在安裝視覺系統(tǒng)的過程中,，一方面要消除這些不利的因素,，另一方面還要通過圖像預(yù)處理排除和淡化它們的影響。


　　綜上所述,，機(jī)器視覺是光,、機(jī)、電,、計算機(jī)相結(jié)合的技術(shù),，極適用于大批量生產(chǎn)過程中的重復(fù)性的測量、檢查和辨識,。視覺質(zhì)量檢測在印刷包裝行業(yè)中的應(yīng)用可以在印前,、印刷過程中和印后，但目前多數(shù)應(yīng)用集中在印后質(zhì)量檢查,。中國有幾萬家印刷企業(yè),，真正使用檢測系統(tǒng)的很少，除印鈔,、票證等特殊行業(yè)外,，主要集中在食品和藥品等包裝行業(yè)，食藥品包裝行業(yè)對印刷要求較高,，對質(zhì)量和色彩的要求比較特殊,。


　　３．機(jī)器視覺在印包行業(yè)及食品行業(yè)的應(yīng)用