【CPP114】訊：機(jī)器視覺就是用攝像機(jī)代替人眼，用計(jì)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(jì)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(shí)際的機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用中要復(fù)雜。


　　２。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(hào)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(gè)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(shí)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(shí)應(yīng)保證有足夠的亮度并在整個(gè)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(jì)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(duì)比度。總之，在選擇光源和設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)，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(shí)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(huì)影響視覺系統(tǒng)分辨物體的能力，影響圖像的對(duì)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(duì)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(jì)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(hào)（曝光），光強(qiáng)的地方電荷多，光弱的地方電荷少，對(duì)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(duì)其性能的要求。第一，要有足夠的動(dòng)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?cái)?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(shí)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(shí)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(duì)以一定速度勻速運(yùn)動(dòng)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(hào)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(duì)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(shí)現(xiàn)上卻很復(fù)雜。整個(gè)圖像信號(hào)的處理通常包括：


　　（１）預(yù)處理；


　　（２）特征的提取與識(shí)別；


　　（３）測量。


　　高速運(yùn)動(dòng)的印品通過攝像機(jī)時(shí)，與模板圖像相比，往往會(huì)產(chǎn)生位置的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)。有時(shí)甚至有飄動(dòng)，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(huì)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(jì)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(shí)。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(duì)印刷要求較高，對(duì)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