基于图像处理的印刷质量自动检测算法研究.pdf

I摘摘 要要 随着现代科技和信息的发展，在人们的日常生活和工作中越来越离不开各种印刷品，印刷品的印刷质量也越来越受到人们的关注传统的人工检测印刷质量的方法由于受主观因素的影响，不能满足工业检测速度和精度的要求，迫切需要将图像处理技术引入印刷品自动化检测中随着计算机软、硬件的发展以及计算机视觉相关理论的完善，利用计算机视觉进行图像质量检测的方法已变得切实可行在国外己有少数厂家利用这一原理制造出较为成功的产品，但在国内还处于起步阶段 本文针对工业印刷品图像的自动化质量检测，重点就基于机器视觉的印刷品缺陷自动检测的原理和算法进行了探讨和研究，从而实现印刷品图像质量缺陷识别的功能 在图像预处理方面，分析总结了国内外学者提出的诸多方法，探索了一种利用图像技术实现图像预处理的基本方案 在缺陷检测方面，根据工业印刷品图像中的缺陷特性，基于多分辨率技术提出了一种隔点抽样分层检测图像质量的方法算法从人的视觉特性和工业检测要求出发，提出了动态的灰度阈值标准和分层检测点、面缺陷的思想；同时对金字塔算法进行了改进和简化，利用不同尺寸的检测窗口分层检测，为提高印刷品图像的缺陷点识别准确度和缺陷识别速度提供了一种可供参考的途径。

关键词关键词: 印刷品；图像处理；机器视觉；缺陷检测 IIAbstract With the development of president science and information, Printing products are an important part of human life which take a more important position in daily life. Accordingly the quality of the printing matter is increasingly concerned. The traditional manual method of image quality inspection can not satisfy the requirement of the inspecting speed and precision standard because of subjective factor of human being. With these reasons, introduction of image processing technology into automatic printing inspection becomes an urgent problem. With the development of computer software, hardware and the perfection of computer vision theory, the method for inspecting the image quality with computer is becoming available. In foreign countries some factories have made out this kind of product and its quality is good. Our country is researching this kind of product that has not make out any kind of finished product. Aimed at the automatic inspection of industrial printing image, this thesis discusses and studies principle and algorithm of defect inspection based on machine vision, and then realizes the function of defect inspection ability of printing quality inspection system. In the aspect of image pre-processing, methods of image quality detection have been analyzed and concluded, a scheme of realizing image pre-processing using image technology is built. In the aspect of defect inspection, according to the defect character of industrial printing image, a defect inspecting method of sampling and layering based on resolution technology is introduced. In this method the person's vision character and industry inspection request are considered, a dynamic threshold and dot-surface defect inspecting algorithm with layers are given. At the meantime, inspecting defect with layers using inspection windows with different size, the pyramid algorithm has been improved and simplified. It’s an effective method to improve the precision and speed of defect inspection IIIfor printing image. Key words: printing matter; image processing; machine vision; defect inspect 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□ ，在_____年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 11 绪论绪论 1.1 引言引言 随着现代科技和信息的发展，在人们的日常生活和工作中越来越离不开各种印刷品，例如报纸、书刊和杂志。

但是由于印刷技术的不完善以及不可避免的随机因素，印刷品表面经常会出现各种缺陷常见的印刷品表面质量问题有纤维落在纸上造成的斑点；油墨未干前纸张之间有相对运动在图案上产生的痕迹；由于纸张未放平整， 纸张和印刷滚筒之间接触不良或印刷头未接触上使图案缺版或发白； 走版 （即凹印部分整体相对于裁边边缘而言距离不合适或超出了公差范围）；胶印墨大或墨浅（导致胶印部分的底色花纹颜色过深或过浅）等等这些质量问题一旦出现，常常连续发生，导致大量废品，大大增加了原辅材料的消耗和生产成本[1] 目前，国内主要采用人工对印刷品质量进行或离线检测但是，检测只能实行人工抽检，效率低而且精度也不高，同时伴随着人工疲劳带来的误差离线检测控制周期长，无法防止废品连续出现，从而造成印刷材料的浪费，也降低了生产效率，不符合现代印刷市场发展趋势的要求而且，印刷品和标准品的比较是由人的主观来判断，印刷机的参数由手动调整，这中间存在人为因素的影响，同一机器不同操作者得到的印刷品质量不尽相同，而且产品质量前后不一致所以，人工检测难以达到降低消耗、提高产品质量的目的，采用机器视觉的自动缺陷检测成为迫切需要 用机器视觉检测方法[2]不仅可以大大提高生产效率和生产的自动化程度， 而且机器视觉易于实现信息集成，满足数字化自动化生产的要求。

然而，视觉信息本身数据量大、运算复杂的特点，一直是这项技术应用于检测的最大障碍可喜的是，近年来随着计算机处理速度和传输速度不断提高，制约实时性的瓶颈得到了一定的缓解，进而促进了机器视觉技术在工业检测和控制领域的实用化 印刷品质量检测系统是一种基于视觉的检测系统，摄像机和计算机是这种2视觉检测系统必不可少的硬件设备[3]它通过摄像机扫描印刷品图像，然后和预先扫描并存入计算机内的标准数字图像采用图像处理的方法进行比较，找出两者之间的差异并分析产生误差的原因，进而根据分析结果来设置印刷机的参数，再通过工控系统调整印刷机的状态，使印刷品与标准样张尽可能完全一致这种印刷品质量检测系统具有自动化高、检测控制周期短、人为因素干扰少等优点，在印刷工业自动化中会起到很重要的作用，有着很好的发展前景 针对这种现状，课题组决定自行开发“印刷品质量检测系统”，确保各类缺陷及时准确检出，从根本上解决人工检测效率低、精度低的问题这项工作可以大大降低原辅材料消耗、能耗和人力成本该课题还可以推广到诸如包装行业等高速生产线的产品质量检测中，因此具有重要的实际应用价值和现实意义然而，本课题要对高速生产过程中的印刷品进行检测，必然对检测速度有很高的要求，图像处理与模式识别领域中的许多新算法目前很难有用武之地。

因此，机器视觉技术在这类检测任务中的应用，仍然是一个难题本论文的目标就是以现有的图像处理理论为基础，通过大量的模拟实验，设计适合印刷缺陷检测的算法 1.2 印刷品质量检测的研究现状印刷品质量检测的研究现状 自从二十世纪七十年代，随着电子计算机、计算机视觉、图像处理和人工智能技术的日益发展，国外很多学者就对印刷品质量检测系统进行了大量的理论研究和实验研究，并逐步提出各种图像处理算法和质量检测的方法，使印刷品质量检测理论得到了很大发展[4][5]印刷品质量检测系统框图如图1.1所示 待检图片图像采集图像采集图像对准模板制作缺陷检测缺陷信号合格图片图 1.1 印刷品质量检测系统框图 3图像采集过程中，由于摄像机精度、照明环境等因素的影响，采集的图像往往存在一定的随机噪声，从而导致图像失真一般均采用即可去掉尖锋干扰，又能保持边缘细节的加权中值滤波算法[6]来对图像进行预处理 Hau Ngo 等人提出了一种基于亮度的非线性增强算法(LDNE) [7]和其它算法相比，LDNE 算法能够提供更好的色彩保真度，指定更少的参数，产生更少的噪声，保持亮背景并增强亮背景下的暗物体， 同时在硬件方面引入基于 FPGA 的协处理器处理 LDNE 算法中的巨大计算量，能够实现每秒 21 帧以上的处理速度。

H.S.Kam 等人则将模糊的概念引入图像增强技术中[8]图像平滑操作会模糊边界，锐化操作会增强噪声，一般图像增强技术要同时平滑与锐化通过一个参数 a 的大小来控制平滑与锐化的。