畢業(yè)設(shè)計（論文）基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)探討

1、本科畢業(yè)論文基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)探討姓 名學(xué) 院出版印刷與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院專 業(yè)印刷工程指導(dǎo)教師完成日期2010年 5月上海理工大學(xué)全日制本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）承諾書本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)探討 是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，嚴(yán)格按照學(xué)校和學(xué)院的有關(guān)規(guī)定由本人獨(dú)立完成。文中所引用的觀點(diǎn)和參考資料均已標(biāo)注并加以注釋。論文研究過程中不存在抄襲他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。如若出現(xiàn)任何侵犯他人知識產(chǎn)權(quán)等問題，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。 承諾人（簽名）： 日 期：基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的探討摘 要文字印刷媒介從過去到現(xiàn)在都

2、是信息傳播的重要媒介之一，文字印刷質(zhì)量的好壞直接影響著信息傳遞的準(zhǔn)確性和有效性。隨著人們生活水平的不斷提高，書刊、報紙印刷的印刷速度與質(zhì)量要求在不斷地提升。如何在高速的印刷生產(chǎn)中進(jìn)行有效地檢測并控制印刷品的質(zhì)量，這已經(jīng)成為印刷企業(yè)亟待解決的問題。而基于機(jī)器視覺的質(zhì)量檢測系統(tǒng)正是解決這些問題的福音。為能夠?qū)崿F(xiàn)基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)，本文首先對基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢驗(yàn)與評價系統(tǒng)的檢測流程與硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。其次，針對gb/t18359-2009中小學(xué)教科書用紙、印刷質(zhì)量和檢測標(biāo)準(zhǔn)中所提出的文字印刷品應(yīng)滿足的“印刷墨色均勻，印刷實(shí)地密度測量值為1.91.3；文字清晰，無重影

3、，無缺筆斷劃、糊字和壞字”分別找到相對應(yīng)的圖像特征參數(shù)，主要有：密度與墨色均勻性特征，圓度特征，紋理特征，面積、周長特征。然后，本文基于matlab7.0平臺對特征值計算進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計了對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明其作為檢測指標(biāo)的有效性。最后，對文字印刷質(zhì)量的主觀評價進(jìn)行深入分析，提出了一種可利用實(shí)驗(yàn)法將通過模糊處理后的主觀評價結(jié)果與客觀計算數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量評價方法。關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺、特征參數(shù)、文字印刷質(zhì)量、評價方法a testing and assessment system of the chinese character printing quality based on

4、machine visionabstractnowadays, it is still human vision that is relied on for testing and assessment of the chinese character printing quality. human vision, though impressive in its ability to detect and characterize detail, is nevertheless inconsistent and personal. furthermore, the results of su

5、bjective print quality assessments are collections of adjectives, and we are all too aware of the imprecision of descriptive terms and the difficulty of knowing exactly how to interpret them. thus, while subjective evaluation may convey a sense of the end-users tastes and requirements, its qualitati

6、ve nature and poor reproducibility limit its applicability. and with the higher speed of printing production, human vision is no longer adaptive to the production process. however, at the same time, automated print quality analysis systems are evolving to new levels of functionality, integration, an

7、d productivity and are becoming critical to the advancement of printing technology. as tools for communication within the industry, these systems can help to achieve a needed consensus on print quality standards and the procedures for quantifying them. so in this paper i will discuss a testing and a

8、ssessment system of the chinese character printing quality based on machine vision. i will first describe in some detail the design of a testing and assessment system of the chinese character printing quality based on machine vision, discussing my design choices and the rationale behind them. and th

9、en, i will also present the features which can be used for character detection. to demonstrate their validity, a set of experiments of comparison are also made. at last an assessment measure based on these features is designed to fulfill the assessment of the chinese character printing quality.keywo

10、rds：machine vision; feature extraction; chinese character printing quality; assessment measure 目 錄中文摘要abstract第1 章 緒 論11.1 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的研究背景及意義11.2 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1機(jī)器視覺技術(shù)11.2.2印刷品在線檢測技術(shù)21.3 論文的主要研究工作3第2 章 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的設(shè)計及其構(gòu)成42.1 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)簡介42.2 基于機(jī)器視覺的文字印

11、刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)流程5 2.2.1 圖像采集52.2.2檢測前圖像質(zhì)量評估52.2.3圖像預(yù)處理52.2.4圖像特征提取與圖像質(zhì)量評價52.3 系統(tǒng)硬件配置中的關(guān)鍵問題探討6 2.3.1 線陣ccd相機(jī)62.3.2 鏡頭的選擇62.3.3 光源配置及同步控制62.3.4 圖像采集卡的選用7第3 章 基于數(shù)字圖像處理的文字印刷質(zhì)量檢測算法83.1 特征參數(shù)分析與提取83.1.1 文字周長與面積特征83.1.2 文字的圓度特征93.1.3 文字的紋理特征93.1.4文字的密度與文字的墨色均勻性93.2 檢測算法實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析10 第4 章 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量評價方法探討134.1 文字

12、印刷質(zhì)量主觀評價方法的模糊處理134.1.1 圖像質(zhì)量主觀評價方法134.1.2 圖像質(zhì)量主觀評價的模糊處理法134.2 文字印刷質(zhì)量主觀評價方法的模糊處理實(shí)現(xiàn)14 4.3 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量評價方法探討15第5章 結(jié)語17參考文獻(xiàn)18致謝19第1 章 緒 論1.1基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的研究背景及意義文字印刷媒介從過去到現(xiàn)在都是信息傳播的重要媒介，文字印刷質(zhì)量的好壞直接影響著信息傳遞的準(zhǔn)確性和有效性。隨著人們生活水平的不斷提高，書刊、報紙印刷的印刷速度與質(zhì)量要求在不斷地提升。如何在高速的印刷生產(chǎn)中進(jìn)行有效地檢測并控制印刷品的質(zhì)量，這已經(jīng)成為印刷企業(yè)亟待解決的問題。隨

13、著計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、光電技術(shù)等對傳統(tǒng)印刷行業(yè)的不斷滲透，文字印刷逐漸向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。在這樣的一種高速印刷過程中，由于生產(chǎn)設(shè)備老化、生產(chǎn)外部環(huán)境不佳、操作人員失誤等因素，經(jīng)常產(chǎn)生糊字、缺筆斷劃、斑點(diǎn)、滋墨、形變等文字質(zhì)量問題。又由于印刷的高速進(jìn)行使人眼來不及識別，經(jīng)常等到發(fā)現(xiàn)時已有大量的廢品出現(xiàn)，使廠家蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前無論是印刷現(xiàn)場的質(zhì)量檢測與控制，還是成品的質(zhì)量評價，大部分都是通過人眼進(jìn)行視覺觀察后再進(jìn)行密度測量和主觀評價；并且所參照的評價標(biāo)準(zhǔn)也是模糊、主觀的描述和評測。如在gb/t18359-2009中小學(xué)教科書用紙、印刷質(zhì)量和檢測標(biāo)準(zhǔn)中，它僅對單

14、色印刷的教科書的印刷提出了“印刷墨色均勻，印頁折標(biāo)印刷實(shí)地密度測量值為1.91.3；文字清晰，無重影，無缺筆斷劃、糊字和壞字”等描述用語?？梢钥吹?，這些描述很多是建立在人的主觀判斷之上的。而人的主觀具有不一致性，也就是說當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)太過于模糊，不具有參考性。當(dāng)然，在印刷過程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的印刷工人通過用密度計等一些測量工具對成品進(jìn)行檢測，是可以達(dá)到提高產(chǎn)品的印刷質(zhì)量，減少廢品率的效果的，但是在高速的印刷生產(chǎn)下，這樣的檢測方式就意味著時間上的浪費(fèi)；同時在給出評價時，不同的人員對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的把握也是不相同的。這種檢測和評價方法十分容易受到檢測者或評價者主觀的心理、生理等諸多因素的影響，從而導(dǎo)致檢測與評價

15、結(jié)果的不一致、不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確。另外隨著印刷速度的提高，離線的人工檢測和評價手段已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到目前書刊印制高速、高質(zhì)的印刷要求，也就無法真正滿足書刊印刷工業(yè)化的要求。那如何才能對文字印刷質(zhì)量實(shí)現(xiàn)快速又準(zhǔn)確的檢測與評價呢？這個問題在機(jī)器視覺識別系統(tǒng)出現(xiàn)以后，便有了解決的方案。1.2基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1機(jī)器視覺技術(shù)所謂機(jī)器視覺，就是用機(jī)器代替人眼來做測量及判斷。具體來講，是指通過鏡頭將被測目標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像信號，投射至影像接受器件（一般為ccd 元件）上再通過計算機(jī)進(jìn)行分析處理。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處

16、理系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備運(yùn)作1 。機(jī)器視覺識別系統(tǒng)特別適合大批量精細(xì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)，如果能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于文字印刷品質(zhì)量的檢測與評價，就能夠很好地解決人工目測造成的速度慢、漏檢、誤判率高、不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)檢測等問題。1.2.2印刷品在線檢測技術(shù)隨著印刷機(jī)速度的提高，傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測技術(shù)已經(jīng)不能滿足高質(zhì)量、高效率、低成本的新要求，于是，國內(nèi)外都對利用計算機(jī)實(shí)施印刷品質(zhì)量檢測進(jìn)行了不同程度的研究。從卷筒紙膠印機(jī)以及大幅面、高質(zhì)量單張紙印刷機(jī)到簡單小幅面單張紙印刷機(jī)，大多數(shù)印刷系統(tǒng)都已經(jīng)采用了

17、功能強(qiáng)大的在線測量控制系統(tǒng)。印刷質(zhì)量已經(jīng)成為一個可測量的變量，根據(jù)測量系統(tǒng)提供的客觀數(shù)據(jù)，印刷工藝也變得可測量可控制了。(1) 印刷品在線檢測技術(shù)工作原理圖1-1 印刷品在線檢測技術(shù)的工作原理在印刷過程中借助于聯(lián)機(jī)的檢測儀器對印刷品進(jìn)行在線檢測，并實(shí)時將信息通過反饋回路輸送到中央控制臺，從而自動調(diào)節(jié)相應(yīng)的印刷機(jī)部件，實(shí)現(xiàn)對印刷品質(zhì)量的在線控制。整個過程很少人工干預(yù)。在印刷品在線檢測技術(shù)中，密度法、色度法和基于數(shù)字圖像處理技術(shù)都得到了運(yùn)用。(2)目前國內(nèi)比較先進(jìn)的印刷品在線檢測裝置有：人民幣大張印刷質(zhì)量在線檢測裝置：該技術(shù)由于采用線陣相機(jī)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，成本降低，光源均勻，像元響應(yīng)均勻，分辨率

18、高。大恒圖像印刷質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)。其性能特點(diǎn)包括：圖像檢測速度最高可達(dá)到6米/秒，檢測分辨率最高可達(dá)到0.01mm0.01mm。系統(tǒng)可以對各種印刷圖案的完整性進(jìn)行檢測。系統(tǒng)還具有網(wǎng)絡(luò)功能和數(shù)據(jù)庫查詢功能 。如三菱重工的色彩控制系統(tǒng)ccs（color control system），它采用分光光度計，通過掃描印刷品上特殊的色彩條，從橫向、縱向兩個方向自動調(diào)節(jié)主要顏色的設(shè)定，并在智能印刷監(jiān)測器上顯示出顏色控制情況。利優(yōu)比印刷密度控制系統(tǒng)“color mission”，該系統(tǒng)由一個看樣臺、一個控制顯示器和一個數(shù)碼相機(jī)組成，將測量的數(shù)值轉(zhuǎn)化為c m y k 數(shù)值，控制系統(tǒng)和印前的理想數(shù)值或者理想樣張的

19、數(shù)值進(jìn)行比較，得到需要糾正的數(shù)值再傳回印刷機(jī)。美國發(fā)明專利涉及一種數(shù)字印刷質(zhì)量的實(shí)時檢測裝置與方法：將印刷質(zhì)量劃分為滿意、不滿意和可疑三類，最后對可疑類操作進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而根據(jù)調(diào)整后的反饋結(jié)果修正上述信號對比設(shè)定，來達(dá)到實(shí)時檢測目的。當(dāng)然，還有一些其他很多相關(guān)的研究，這里就不一一列舉了。盡管很多，但是通過觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)，這些在線檢測系統(tǒng)大部分是針對于圖像印刷而開發(fā)設(shè)計的。目前為止還沒有專門的針對文字高速印刷而開發(fā)的檢測系統(tǒng)。因此，本文就基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)展開了研究。1.3論文的主要研究工作本文首先對基于機(jī)器視覺的文字印刷檢測與評價系統(tǒng)的檢測流程與硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討。然后

20、，深入研究了能夠表征文字質(zhì)量印刷質(zhì)量的圖像特征參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，又提出了一種將客觀測量結(jié)果與主觀評價結(jié)果相關(guān)聯(lián)的評價方法。主要做的工作包括以下幾個方面：（1）基于機(jī)器視覺的文字印刷檢測與評價系統(tǒng)探討：首先，對基于機(jī)器視覺的文字印刷檢測與評價系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的描述，然后淺談了實(shí)現(xiàn)檢測流程所需的各個模塊的內(nèi)容與安排，并就該系統(tǒng)的硬件架設(shè)與要求進(jìn)行了討論。（2）圖像特征參數(shù)的選擇與計算：圖像的特征參數(shù)很多，基于文字結(jié)構(gòu)的特殊性，針對文字印刷中常有的問題選擇了面積特征，周長特征，圓度特征與紋理特征作為了表征文字質(zhì)量的參數(shù)。并基于matlab7.0平臺對特征值計算進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計了對比實(shí)驗(yàn)，證明其作為檢測

21、指標(biāo)的有效性。（3）文字印刷質(zhì)量評價方法設(shè)計：在計算出這些可以表征文字質(zhì)量的參數(shù)值后，需要找到基于這些數(shù)據(jù)的評價方法。本文首先采用模糊處理的方法將主觀評價的結(jié)果數(shù)字化。再提出了一種將客觀測量數(shù)據(jù)與主觀評價結(jié)果相關(guān)聯(lián)的方法，使機(jī)器視覺評價能一定程度上模仿人們在進(jìn)行觀察時對文字印刷品質(zhì)量的要求。第 2 章 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)的設(shè)計及其構(gòu)成2.1基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)簡介基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)一般由五個部分組成：文字圖像采集、采集圖像質(zhì)量評估、圖像預(yù)處理、特征提取和質(zhì)量評價。文字印刷檢測技術(shù)首先用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)捕獲印刷品的圖像，然后對所捕獲的圖像

22、進(jìn)行質(zhì)量評估，看是否適合后續(xù)的識別處理，如果合適就進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后提取其信息特征并且轉(zhuǎn)化成能夠識別的編碼，并進(jìn)一步將這些編碼組成特征模板。在質(zhì)量評價的時候，識別系統(tǒng)獲取其特征模板并與數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的模板進(jìn)行比較，如果達(dá)標(biāo)，就繼續(xù)印刷，如果不達(dá)標(biāo)，就停機(jī)檢查。檢測與識別過程如所示：圖2-1 系統(tǒng)檢測與識別過程2.2 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)流程2.2.1圖像采集 要能夠順利、更為精確完成整個檢測流程，首先就需要高質(zhì)量地完成圖像的采集工作。文字印刷品圖像的采集是采用ccd等輸入設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。這些圖像輸入設(shè)備將影像光學(xué)灰度信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號，并經(jīng)模擬信號/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器變換為

23、數(shù)字圖像信號。一般要求轉(zhuǎn)換的電信號噪聲小、分辨率高、線性度好、轉(zhuǎn)換速度快。由于印刷速度相當(dāng)快，要獲得高質(zhì)量的圖像以供下一步的檢測，就需要有專業(yè)的設(shè)備和合理的安排，且在攝取圖像時，要注意以下幾點(diǎn)：（1）保證圖像具有足夠高的分辨率和清晰度；（2）需要保證攝取的文字印刷品圖像的對比度好；（3）在攝取過程中，鏡片的反光，灰塵等人工因素要盡最大程度避免。2.2.2檢測前圖像質(zhì)量評估 目前，基于機(jī)器視覺的質(zhì)量檢測系統(tǒng)通常會忽略對于所采集圖像的質(zhì)量評估，但是所采集圖像的質(zhì)量會對整個系統(tǒng)的性能與正確性產(chǎn)生影響，如：它不僅影響后續(xù)的檢測能否繼續(xù)，而且影響所提取的信息是否準(zhǔn)確、有效，進(jìn)而在一定程度上決定著系統(tǒng)判定

24、結(jié)果的正確與否。比如，在由于采集條件的改變，采集到的圖像過于模糊等情況。因此本文設(shè)計了了圖像質(zhì)量評估這一模塊。對此模塊的構(gòu)想為：（1）為硬件系統(tǒng)添加一個顯示屏，將正在采集的圖像顯示出來，并能夠進(jìn)行定格。（2）由有經(jīng)驗(yàn)的印刷機(jī)操作人員對定格后的顯示圖片與成品進(jìn)行對比，以判定該采集圖像是否真實(shí)反映了印刷品的原貌。（3）若不能真實(shí)反映，則應(yīng)迅速找出問題所在，并對系統(tǒng)硬件進(jìn)行調(diào)試，直至獲取的圖像能夠滿足下一步工作的要求。2.2.3圖像預(yù)處理攝取圖像的過程中,不可避免地會在圖像中形成噪聲,例如：目標(biāo)物體和透鏡上的灰塵、圖像采集中的量化誤差等，都會在最終獲得的圖像中形成噪聲，這些噪聲將會對下一步的檢測產(chǎn)生

25、一定的影響。一般來說，噪聲在圖像中都表現(xiàn)為高頻信號，因此一般的濾波器都是通過減弱或消除傅立葉空間中的高頻分量來達(dá)到濾波的目的2。然而，我們所采集的圖像中的有可能出現(xiàn)的瑕疵點(diǎn)，或者邊緣和角等也都屬于高頻分量，因此，如何在濾除噪聲的同時，最大限度地保留圖像中的結(jié)構(gòu)，是一個很大的難點(diǎn)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，將能使后續(xù)的檢測結(jié)果更為精準(zhǔn)。2.2.4圖像特征提取與圖像質(zhì)量評價 通過基于機(jī)器視覺的圖像分析處理軟件找到可以用以表征文字印刷質(zhì)量的特征參數(shù)值，本文選擇的圖像特征參數(shù)主要有：密度與墨色均勻性特征，圓度特征，紋理特征，面積、周長特征。每個參數(shù)的定義與計算方法，將在本文第三章進(jìn)行具體描述。圖像質(zhì)量評價是指對測

26、量得特征值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評價并得出最終的評價結(jié)果，是系統(tǒng)設(shè)計的一大難點(diǎn)。在本文第四章中，將對這一問題進(jìn)行討論。2.3系統(tǒng)硬件配置中的關(guān)鍵問題探討 要完成自動印刷質(zhì)量檢測首先是要獲得印張的數(shù)字圖像來進(jìn)行下一步分析。通常情況下，數(shù)字圖像通過使用掃描儀或者ccd相機(jī)來采集。本文主要對基于ccd的硬件系統(tǒng)中的一些問題進(jìn)行了探討。整個硬件系統(tǒng)主要包括ccd相機(jī)、鏡頭、光源、圖像采集卡、計算機(jī)等。其主要功能是能夠?qū)υ诟咚儆∷⒘魉€上的文字印刷品進(jìn)行圖像采集，并將ccd拍攝的圖文轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給后續(xù)的圖像處理系統(tǒng)。本文由于實(shí)驗(yàn)條件限制，將只對系統(tǒng)內(nèi)部分硬件進(jìn)行一定的探討，實(shí)際實(shí)驗(yàn)以真實(shí)采集條件為基礎(chǔ)。2

27、.3.1 ccd相機(jī)的選擇ccd相機(jī)的選擇與應(yīng)用的場合直接相關(guān),可以從以下四個方面來考慮:（1）黑白還是彩色。文字圖像與其背景之間的對比度通常較高，因此在檢測應(yīng)用中建議可以使用黑白攝像機(jī),并且黑白攝像機(jī)性價比高。（2）線陣還是面陣。由于在此系統(tǒng)中，是要對固定的物體做一維的測量，對象物體又處于高速運(yùn)動狀態(tài)，需處理可旋轉(zhuǎn)圓柱體的邊緣圖像，且需要采集對象物體的高分辨率圖像, 再加上價格等因素，可考慮使用線掃描攝像機(jī)。線掃描攝像機(jī)又可分為隔行掃描和逐行掃描。當(dāng)目標(biāo)物體處于高速運(yùn)動狀態(tài)時, 為避免圖像邊緣模糊的現(xiàn)象, 應(yīng)采用逐行掃描攝像機(jī)。（3）圖像分辨率。圖像的分辨率必須滿足檢測精度要求。ccd相機(jī)選

28、擇的關(guān)鍵是在于被檢測的產(chǎn)品所需要識別的最小特征尺寸。由于人在觀看物體時，肉眼的分辨率一般只有0.2mm，這也就意味著理論上可能出現(xiàn)瑕疵的最小尺寸為0.2mm*0.2mm。也就是說，對于檢測速度210m/min，檢測幅寬1200mm的檢測系統(tǒng)來說，其水平分辨要達(dá)到6000個像素，最大圖像處理速度要達(dá)到105106 像素/s。 （4）選用相機(jī)個數(shù)與分布。由于工作距離越小，視場越小，分辨率越低，對鏡頭選取的要求就越低，因此建議在高速的生產(chǎn)環(huán)境下，選擇由多個相機(jī)來構(gòu)成系統(tǒng)。并且由于單臺高清晰高速成像ccd攝像機(jī)一般只有60mhz*10 bit的圖像輸出速度和2098的水平像素，還不能達(dá)到要求。為此建議

29、可以采用3臺攝像機(jī)分3段對幅寬同時進(jìn)行攝像。2.3.2鏡頭的選擇 鏡頭的選擇與被測物的視場、工作距離、分辨率密切相關(guān)。工業(yè)系統(tǒng)視覺測量一般要求的測量距離都較小，最好能夠采用專用的近攝鏡頭。鏡頭的成像面必須要與選取的ccd相機(jī)相匹配，鏡頭的成像面不可小于ccd芯片。此外，印刷品是通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)傳送的，因傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械磨損及精度等原因,可能會存在徑向跳動而引起物距波動。所以,在選擇相機(jī)鏡頭時,還應(yīng)保證景深大于物距變化范圍。2.3.3光源配置及同步控制為了能夠再生產(chǎn)現(xiàn)場持續(xù)獲取高質(zhì)量高對比度的優(yōu)質(zhì)影像，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高照明光源的品質(zhì)是至關(guān)重要的這也就是對照射光的強(qiáng)度、均勻性及穩(wěn)定性提出了一定

30、的要求。為了后續(xù)文字印刷質(zhì)量檢測能夠順利進(jìn)行，攝取的圖像需要有較高的清晰度并且與其背景間的對比度要高，因此為了選取最合適的光源，最好能夠在應(yīng)用之前多試用幾種以觀察效果。選好光源后，一定要主意周圍的環(huán)境光源對系統(tǒng)的影響。此外，為了使攝取的動態(tài)圖像不出現(xiàn)運(yùn)動模糊的現(xiàn)象，降低后續(xù)圖像處理與的復(fù)雜度,要求被測物體運(yùn)動的線速與相機(jī)的行線速一致。為此，在被測物體運(yùn)動機(jī)構(gòu)上需配置一個轉(zhuǎn)速編碼器和同步卡，將被測物體運(yùn)動的電機(jī)線速變換為ccd相機(jī)的行線速驅(qū)動控制信號，以保證被測物體與相機(jī)間的相對靜止。2.3.4 圖像采集卡的選用 圖像采集卡是圖像采集部分和圖像處理部分的接口。由于圖像信號的傳輸需要很高的傳輸速度

31、, 通用的傳輸接口不能滿足要求,這是需要圖像采集卡的主要原因。圖像采集卡的選擇要由所采用的相機(jī)，計算機(jī)等共同決定。第 3 章 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量檢測算法高質(zhì)量的印刷文字必須沒有下列物理缺陷，例如：堵墨、字符破損、邊緣不清、多余墨痕等。為了能夠通過機(jī)器視覺檢測出這些問題，就需要找到能夠表征文字印刷質(zhì)量且能夠度量的特征值。為了能夠找到這樣的特征值，本文對文字印刷品圖像從幾何特征、紋理特征等方面進(jìn)行了分析和研究。3.1特征參數(shù)分析與提取3.1.1文字周長與面積特征當(dāng)文字的大小發(fā)生變化時，它的面積與周長都發(fā)生了相應(yīng)的變化，而在數(shù)字圖像處理的過程中，它就顯示為文字所包含的像素個數(shù)的體現(xiàn)。在計算機(jī)

32、中對數(shù)字圖像二值化，再分別計算文字內(nèi)部與邊緣的像素個數(shù)，文字內(nèi)部的像素個數(shù)可以用以表征它的面積特征，而文字邊緣的像素個數(shù)則可以表征它的周長特征。用這兩個參數(shù)可以檢測出字符破損多余墨痕等問題。在matlab中的算法實(shí)現(xiàn)也很簡單，當(dāng)把圖像二值化以后，圖像矩陣中就只有0與255這兩個值，因此只要對矩陣中灰度值為0的像素點(diǎn)個數(shù)進(jìn)行加和就能計算出面積特征值，而對像素值為0的四鄰域有像素點(diǎn)值為255的像素點(diǎn)個數(shù)進(jìn)行加和就能得到周長特征值。需要注意的是對圖像進(jìn)行二值化的手法，為了能夠得到盡量精確地數(shù)據(jù)，建議采用基于邊緣特性的二值化算法，首先采用微分算子檢測圖像的邊緣，然后采用自動選擇閾值的方法對邊緣像素點(diǎn)進(jìn)

33、行二值化，對其它非邊緣像素點(diǎn)則采用常規(guī)的固定閾值法進(jìn)行二值化處理。3.1.2文字的圓度特征對于文字邊緣不清這類物理缺陷，可以用文字目標(biāo)體的圓度特征來描述。目標(biāo)體的圓度特征描述的是目標(biāo)形狀的復(fù)雜程度，目標(biāo)形狀越接近圓形，圓度特征值就越小，目標(biāo)形狀越復(fù)雜，圓度特征值就越大。對于文字來說，邊緣不清即出現(xiàn)鋸齒，文字形狀教標(biāo)準(zhǔn)圖像將更加復(fù)雜化，其圓度特征值就會變大。因此，通過待檢圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖像文字形狀的圓度特征值比較就可以檢測出邊緣不清這類物理缺陷。圓度的定義為： （3-1） 其中：l為目標(biāo)形狀的周長；a為目標(biāo)體的面積大小。將圓形目標(biāo)的周長和面積代入式子，圓度值為1，取最小值；相同面積大小的目標(biāo)，邊界越

34、復(fù)雜，邊界越長，計算得到的圓度值越大3。并且，我們可以通過在2.1.1中計算得到的面積特征與周長特征值對圓度進(jìn)行計算。3.1.3文字的紋理特征印刷中的圖像重影、套印錯位等問題就可以利用自相關(guān)函數(shù)紋理分析來判斷，因?yàn)槿绻麍D像在某個方向上產(chǎn)生重疊或擴(kuò)充變形，那么在該方向上紋理變粗，相應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)p(d)的值在此方向上隨d的增大，下降速度將降低。因此比較標(biāo)準(zhǔn)圖像和待檢圖像的自相關(guān)函數(shù)p(d)在各個方向隨d的增大，下降的速度就可以判斷以上幾種可能出現(xiàn)的印刷問題。圖像f(xi、yj)；i,j =0，1，2,，n-l的自相關(guān)函數(shù)可以定義為公式（3-2）。 （3-2）其中：x，y表示x，y方向的相對距離。

35、由公式3-1顯然可見相關(guān)函數(shù)p(x，y)的值大于或等于0或小于等于1，當(dāng)x=0；y=0時為l。定義?？梢婋Sx和y的取值不同，相關(guān)函數(shù)的值也不同。從p(x、y)隨x、y的大小而變化的規(guī)律就可以描述圖像的紋理特征。如果p(x，y)隨d增加而下降的速度較慢，則表明圖像的紋理較粗；如果p(x，y)隨d增加而下降的速度較快，則表明圖像的紋理較細(xì)。隨著d的繼續(xù)增加，p(d)則會呈現(xiàn)出某種周期性的變化，其周期大小則描述了紋理基本單元排列分布的稠密和稀疏程度。3.1.4文字的密度與文字的墨色均勻性 由于采用機(jī)器視覺進(jìn)行檢測評價時，是無法直接采用密度來判定的。但是，由于我們可以直接利用機(jī)器視覺采集到圖片的亮度信

36、息，也就是灰度值；同時灰度值又與現(xiàn)實(shí)的密度值有非常緊密的關(guān)系，因此，假若能夠通過某一種方式建立起灰度與密度值的之間的對照表，就能通過灰度值來模擬印刷的密度信息。本文采用了利用專門的測控條，采集測控條的灰度信息并經(jīng)過測量，將兩者關(guān)聯(lián)的方法。測控條是由5號的楷體、宋體和仿宋的“的”字組成的，如圖3-1。設(shè)計原理是在gb/t18359-2009中小學(xué)教科書用紙、印刷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法中規(guī)定以使用頻率最高的“的”字（每百字中有十幾個）的密度來控制和評價現(xiàn)代漢字的文字印刷質(zhì)量中墨色一致性和印刷均勻性。圖3-1 “的”字測控條此外，將此測控條盡可能多的分布在印張四周，就可以通過比對它們的灰度值來判斷墨色的

37、均勻性。3.2檢測算法實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析本文所設(shè)計的文字形態(tài)質(zhì)量實(shí)驗(yàn)主要包括幾何特征檢測、圓度計算以及紋理特征檢測等。(1)為了檢測出字符破損多余墨痕等問題,設(shè)計了以下實(shí)驗(yàn)。圖2-2a與圖2-2b為從同一印張上采集的相同文字。a b圖3-2 幾何特征實(shí)驗(yàn)圖可以很容易的看出，圖2-2中的“嚴(yán)”字出現(xiàn)了缺筆斷劃的現(xiàn)象。對兩幅圖像分別計算文字周長與面積特征值，計算結(jié)果也很好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。計算數(shù)據(jù)如表1所見。表1 幾何特征計算數(shù)據(jù)2-3a2-3b周長特征值271169面積特征值424181(2)為了檢測文字邊緣不清，設(shè)計了以下實(shí)驗(yàn)。為了使matlab的計算過程更易實(shí)現(xiàn)，首先將圖片進(jìn)行了二值化，形成二值圖

38、像，見圖3-3。圖3-3a為從書刊上采集后經(jīng)模板匹配出的包含文字的區(qū)域圖像，圖3-3b為圖3-3b為圖3-3a提取的二值圖像，圖3-3c為圖3-3b在photoshop下處理掉不規(guī)則邊界后的圖像。a b c圖3-3 圓度特征實(shí)驗(yàn)圖本實(shí)驗(yàn)將圖3-3b與圖3-3c作為待檢測對象，進(jìn)行對比。對2幅圖像分別計算長度特征值與面積特征值，并通過長度特征值與面積特征值計算出了其圓度特征值。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)文字邊緣變得圓滑清晰后，圓度值小于不清晰時的文字的圓度值。數(shù)據(jù)如表2所示。表2 圓度計算數(shù)據(jù)2-2b2-2c周長特征值929871面積特征值47464652圓度計算值19.470812.9774(3)為了檢測文

39、字重影和變形，本文通過對圖像進(jìn)行自相關(guān)函數(shù)紋理分析來檢測判斷。圖3-4a為標(biāo)準(zhǔn)圖像，圖3-4b為左圖在photoshop中處理后的水平重影圖像，將圖2-4b作為實(shí)驗(yàn)的待檢圖像。a b圖3-4 自相關(guān)函數(shù)紋理分析實(shí)驗(yàn)圖表3為水平方向下、這兩幅圖像不同距離的自相關(guān)系數(shù)。從表3中數(shù)據(jù)可知，b圖像在水平方向自相關(guān)系數(shù)下降速度比標(biāo)準(zhǔn)圖像即a圖像慢，說明在水平方向檢測圖像的紋理比標(biāo)準(zhǔn)圖像的紋理更粗，待檢圖像在水平方向發(fā)生了變形。表3 文字自相關(guān)函數(shù)紋理分析數(shù)據(jù)水平距離1234標(biāo)準(zhǔn)圖像0.99460.99020.98680.9840檢測圖像0.99450.98930.98510.9816 (4)文字印刷密度

40、與灰度對照表實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是采用docucolor600數(shù)字印刷機(jī)印刷了100張試驗(yàn)樣品，采用x-rite538分光光度計對捕獲的圖像進(jìn)行測量，并采集其灰度值從而建立文字印刷密度與灰度值之間的對照表，如表4所示，其線性擬合圖如圖3-5所示。圖3-5 灰度密度曲線 表4 文字印刷密度與灰度值之間的對照表灰度值楷體密度仿宋密度宋體密度10.340.360.3350.330.360.32100.30.340.32150.270.30.29200.270.290.24250.210.210.21300.170.180.15350.150.160.15400.120.120.12本文由于條件與時間的限

41、制，只通過對比實(shí)驗(yàn)對特征量的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，本文所選擇的特征值可以有效地表征文字印刷質(zhì)量。如果要進(jìn)行更深入的研究實(shí)驗(yàn)，可以采取更規(guī)范的實(shí)驗(yàn)方法，測出標(biāo)準(zhǔn)圖像特征量的標(biāo)準(zhǔn)值范圍，利用這些特征量的數(shù)值對文字印刷質(zhì)量進(jìn)行量化，以服務(wù)于文字印刷質(zhì)量檢測與評價系統(tǒng)。第 4 章 基于機(jī)器視覺的文字印刷質(zhì)量評價方法探討4.1文字印刷質(zhì)量主觀評價方法的模糊處理4.1.1圖像質(zhì)量主觀評價方法對圖像質(zhì)量進(jìn)行評估最直接也最自然的解決方法就是利用人們自身的判斷。主觀評估方法就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。觀察者主要來自兩個群體，即“外行”觀察者和“內(nèi)行”觀察者。一般情況下，觀察者的人數(shù)不能少于20

42、人。主觀評估方法就是觀察者以客觀評估尺度為依據(jù)，結(jié)合自我經(jīng)驗(yàn)判斷測試圖像的質(zhì)量，并給出評分，對所有的評分結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，結(jié)果即為圖像的主觀質(zhì)量評估。如式公式4-1所示 （4-1）公式4-1中，si是每一個觀察者以客觀評估尺度為依據(jù)，結(jié)合自我經(jīng)驗(yàn)對一幅圖像的質(zhì)量評分，元是權(quán)值。4.1.2圖像質(zhì)量主觀評價的模糊處理法近些年發(fā)展，隨著模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展，我們可以采用模糊處理的方式使得主觀評價的結(jié)果更客觀、更科學(xué)。下文也正是通過運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)多級綜合評價原理來對文字印刷圖像質(zhì)量進(jìn)行分析，使得最后評價的結(jié)果更為科學(xué)與準(zhǔn)確。所謂模糊數(shù)學(xué)多級綜合評價原理，就是先把要評判的同一事物的多種因素，按其屬性分成若干類大

43、因素，然后再對每一類大因素進(jìn)行初級的綜合評判，在此基礎(chǔ)上再對初級評判的結(jié)果進(jìn)行高一級的綜合評判。其一般步驟如下：(1)把給定的因素t，按其不同屬性劃分成s個互不相交的因素子集：t=,，。(2)對每個k=l，2，3，s進(jìn)行初級綜合評判。 根據(jù)t=（， ，）中各因素所起作用的大小定出權(quán)數(shù)分。= ， 且 （4-2）給出各因素評語集v=， ；對t中的每個因素按照評語集v=， 的等級評定出對的隸屬度 (i=1，2，m；j=1，2,，n)，由此組成單因素評判矩陣。據(jù)此，則可得出對的一級綜合評判 ：= (，) , (k=l，2，3，s)(3)對t進(jìn)行綜合評判。將t上的s個因素子集 (k=1，2，3，s)看成

44、u上的s個因素，按各在t中所起作用的大小，給出其權(quán)重分配a。a=(a1， ，a )由的評判結(jié)果 (k=1，2，3，s)得出總的單因素評價矩陣r，則可得t的評價b。 （4-3）這就是二級綜合評價模型，如果每個因素子集k=l，2，3，s仍含有較多的因素，可將u 再劃分層次，類似可得三級或更多級的綜合評價模型。4.2文字印刷質(zhì)量主觀評價方法的模糊處理實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在我們就運(yùn)用上述模糊數(shù)學(xué)綜合評價模型，來對文字印刷品質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。因素集=4個因素，按其屬性被分為t=， =清晰度，色彩還原情況。其中清晰度t可被分為：=， =文字輪廓狀況，文字完整性；色彩還原情況可被分為：=，=密度，墨色均勻性。在給出評價時

45、，我們將評價的結(jié)果分為“很好，好，一般，差，很差”五個級別，設(shè)v為評價結(jié)果集合，則有：v=v1,v2,v3,v4,v5 =很好，好，一般，差，很差?，F(xiàn)選取多名專家、技術(shù)人員、閱讀者等對同一文字印刷品在以上4個方面來進(jìn)行分項(xiàng)評價。方法是給每位評價人員發(fā)一張評價表格，表格中的內(nèi)容如表5所示，包含以了以上4個因素，每位評價人員對4個因素仔細(xì)評判，最后綜合所有評價人員的評價結(jié)果來進(jìn)行賦值分析，將評價結(jié)果的賦值和相應(yīng)的權(quán)數(shù)分配記錄如表5。表5某文字印刷品經(jīng)過多人主觀評價后的賦值結(jié)果一級指標(biāo)一級權(quán)數(shù)二級指標(biāo)二級權(quán)數(shù)評價結(jié)果等級文字印刷質(zhì)量很好好一般差很差清晰度0.5文字輪廓狀況0.30.30.30.400

46、文字完整性0.70.80.2000色彩還原0.5密度0.60.60.30.100墨色均勻性0.40.30.40.300表中數(shù)據(jù)說明：（1）表1中一級權(quán)數(shù)和二級權(quán)數(shù)需要通過統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)或?qū)＜矣懻?德爾菲法)來得出，本文對此不作討論，僅提供一個可能性數(shù)值。（2）假設(shè)取20位專家，如果其中認(rèn)為該印刷品圖像的“圖像輪廓實(shí)度”是“很好”的有4位，認(rèn)為“好”的有8位，認(rèn)為“一般”的有4位 認(rèn)為“差”的有2位 認(rèn)為“很差”的有2位 則該項(xiàng)評價的賦值結(jié)果分別為0.20、0.40、0.20、0.10、0.10。其余以此類推。（3）在進(jìn)行上述工作之后 就可以構(gòu)造關(guān)于各級指標(biāo)的模糊評價矩陣 并結(jié)合各級指標(biāo)的權(quán)重分配矩陣

47、 經(jīng)過各級矩陣復(fù)合運(yùn)算 得到對印刷圖像的模糊綜合評價結(jié)果。如本例，可以計算出綜合評價的矩陣為b=(0.565,0.285,0.15,0,0)。用概率則可以表示為，p1=0.565(很好)，p2=0.285（好），p3=0.15(一般)，差和很差均為0。若將5個級別從好到差分別賦值為5分、4分、3分、2分、1分，那么這幅圖像的評價結(jié)果就為4.415分。4.3基于數(shù)字圖像處理的文字印刷質(zhì)量評價方法探討要利用代表文字質(zhì)量的特征值來對印刷質(zhì)量進(jìn)行評價，就需要將客觀的數(shù)據(jù)與文字質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，那如何用第二章中提出的圓度特征、面積與長度特征、紋理特征，密度與墨色均勻性這幾個特征值來描述文字印刷質(zhì)量呢，本文就此

48、問題，提出了如下方法：首先對標(biāo)準(zhǔn)樣張（主觀評分較高的印張）進(jìn)行檢測，采集其圓度特征值、面積與長度特征值、自相關(guān)函數(shù)值的下降速度等數(shù)據(jù)（理論上，若能夠采取規(guī)范的檢測手段，我們可以得到標(biāo)準(zhǔn)樣張各特征量的取值范圍）。另取一主觀評分較差的樣張，同樣進(jìn)行測量。又從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，文字印刷質(zhì)量與其特征值之間更符合一種類似于正態(tài)分布的關(guān)系，如圖4-1所示（假想曲線）。圖4-1 文字印刷質(zhì)量-特征量假想曲線 圖 4-2 圓度值數(shù)軸對兩組數(shù)據(jù)做如下處理，以圓度特征值為例，如圖4-2所示，在數(shù)軸上將標(biāo)準(zhǔn)樣張與較差的樣張的圓度數(shù)據(jù)之間的距離進(jìn)行五等分，并按距離差標(biāo)記20%、40%、100%，對標(biāo)準(zhǔn)值另一側(cè)進(jìn)行同樣的處

49、理。再對每個區(qū)間進(jìn)行賦值，如若圓度值落在區(qū)間0-20%之間則賦值為5，在20%-40%之間賦值為4，以此類推。此值即代表某一圓度對應(yīng)的質(zhì)量好壞，數(shù)值越大，質(zhì)量越好。對其他幾個特征值以同樣的方法進(jìn)行賦值。并仿照3.2中的算法，綜合各參數(shù)所占的權(quán)重（權(quán)數(shù)需要通過統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)或?qū)＜矣懻摚ǖ聽柗品ǎ﹣淼贸觯疚膶Υ瞬蛔饔懻摚┯嬎阗|(zhì)量數(shù)據(jù)，以得出最終的質(zhì)量評價結(jié)果?？梢詫⒋私Y(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣張的主觀評價結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證其有效性。第 5 章 結(jié)語本文對基于機(jī)器視覺的文字印刷檢驗(yàn)與評價系統(tǒng)的檢測流程與硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討；深入研究了能夠表征文字印刷質(zhì)量的圖像特征參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，又提出了一種基于機(jī)器視覺的將客觀測量結(jié)果與主觀評價結(jié)果相關(guān)聯(lián)的評價方法。但仍然有很多問題需要進(jìn)一步研究和完善。如沒能真正實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)，特征值算法仍需進(jìn)一步優(yōu)化，計算提出的基于機(jī)器視覺的將客觀測量結(jié)果與主觀評價結(jié)果相關(guān)聯(lián)的評價方法還很粗糙并沒等真正實(shí)現(xiàn)等。但是，隨著計算機(jī)和模式識別技術(shù)