【CPP114】訊：機器視覺就是用攝像機代替人眼，用計算機代替人的大腦。機器視覺用于印刷，包裝質(zhì)量檢測的工作原理就是用攝像機拍攝、采集印品的圖像，在計算機中與該印品標準圖像（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。在實際的機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用中要復(fù)雜。


　�。病Ｏ到y(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、圖像信號的處理和執(zhí)行機構(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，而在計算機中處理的是被拍攝物體的電信息，攝像機的作用就是完成光學(xué)信息到電信息的轉(zhuǎn)換。在攝像機中，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芯片的表面，光信息變成電荷信號（曝光），光強的地方電荷多，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，最后從攝像機輸出。這就是攝像機的工作原理。


　　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，攝像機還有其它的性能指標，這里不再一一列舉。


　　印品檢測使用的攝像機根據(jù)實際情況的不同分為二大類，線陣攝像機和面陣攝像機。線陣攝像機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動的物體（印品）的圖像檢測。而面陣攝像機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。


　　圖像信號的處理是機器視覺系統(tǒng)的核心，它相當(dāng)于人的大腦。如何對圖像進行處理和運算，是機器視覺系統(tǒng)開發(fā)中的重點和難點所在。＂與模板相比，找出差異＂，機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：


　　（１）預(yù)處理；


　　（２）特征的提取與識別；


　�。ǎ常�測量。


　　高速運動的印品通過攝像機時，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，機器視覺是光、機、電、計算機相結(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。


　�。常畽C器視覺在印包行業(yè)及食品行業(yè)的應(yīng)用