基于CCD及其视觉技术的喷墨数字印刷质量检测与闭环控制系统及方法

第２４卷　第２４期　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．２４　电子设计工程　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１６年１２月　Ｄｅｅ．２０１６　基亏ＣＣＤ及其视觉技术的喷墨数字印刷质量检测与闭　环控制系统及方法　孔真　（鸟鲁木齐职业大学新疆鸟鲁木齐８３０００２）　摘要：为了研究基于ＣＣＤ、视觉技术下喷墨数字印刷质量检测与闭环控制系统的设计方法。基于ＣＣＤ技术。能够依　将喷墨数字印刷中图像信息转化为数字信息。并运用视觉技术。依据喷墨数字印刷数字图像进行质量检测，以确保提　升该系统应用价值。结果证实，在ＣＣＤ及其视觉技术支持下，优化设计喷墨数字印刷质量检测的闭环控制系统，使用　中的系统协调性和重复性比较可靠性提升８２．０％，发挥积极应用价值。结论表明．在设计喷墨数字印刷质量检测与闭　环控制系统中，基于ＣＣＤ及其视觉技术进行优化设计，并能够优化质量检测方法，对于提升系统应用性能发挥积极　影响。　关键词：闭环控制；喷墨数字印刷质量检测；视觉技术；ＣＣＤ；系统　中图分类号：ＴＮ９９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１６）２４—００８２—０３　Ｉｎｋ　ｊｅｔ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｌｏｓｅ　ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＣＤ　ａｎｄ　ｖｉＳＵａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｋ０ＮＧ　Ｚｈｅｎ　（Ｕｍｍｑｉ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ　８３０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｌｏｓｅｄ　ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＣＤ　ａｎｄ　ｖｉｓｕａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＣＤ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｉｎｋ　ｊｅｔ　ｄｉｇｉｔｌａ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖｉｓｕａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｉｎｋ　ｊｅｔ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｄｉｇｉｔｌ　ａｉｍａｇｅ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｔｈａｔ，ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｏｆ　ＣＣＤ　ａｎｄ　ｖｉｓｕａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｈｅ　ｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｉｎｋｊｅｔ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　８２％，ａｎｄ　ｐｌａｙ　ａ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｉｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＣＤ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｖｉｓｕａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｏ　ｉｍｐｍｖｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｐｌａｙ　ａ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｉｍｐａｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｓｅｄ　ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｎｋ　ｊｅｔ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｖｉｓｕａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＣＣＤ；ｓｙｓｔｅｍ　在我国传统喷墨数字印刷中，对于其质量检测方面，主　要是采用人工来进行质量检测的办法，不仅实际中的工作量　较大，也易受检测人员的主观因素影响，造成漏检，降低喷墨　数字印刷。随着近年迅速发展的ＣＣＤ及其视觉技术，优化设　计出在喷墨数字印刷质量检测方面的闭环控制系统，可节省　以便可以获得清晰的图像，提升印刷品的印刷质量效果口。在　喷墨印刷之中．可以根据ＣＣＤ技术基础，对印刷图像中的字　符、线条以及色彩、网点等指标进行检测，从而有效评估控制　喷墨数字印刷质量　。　１．２视觉技术　大量劳动力资源，极大地提高了工作效率。　据悉。视觉技术就是将图像处理、计算机图形学、模式识　别、计算机技术、人工智能等众多学科高度集成和有机结合，　而形成的一门综合性的技术［６１。视觉技术在高速、细微和重复　１　ＣＣＤ及其视觉技术　１．１　ＣＣＤ技术　的制造过程中显得非常可靠ｔ７１。　在喷墨数字印刷之中，运用基于ＣＣＤ技术的数字照相　机以及扫描仪等相关设备，有效捕获喷墨印刷前的图像［１】，同　２系统设计需求分析　在本次系统设计中．采用计算机来模拟人眼检查的视觉　功能．能够从客观喷墨数字印刷图像之中，提取出相关质量　时。也可有效利用ＣＣＤ技术，实现对喷墨印刷品的数字化展现，　收稿日期：２０１６—０１—０６　８２－　稿件编号：２０１６０１０３４　作者简介：孔真（１９８２一），女，湖南长沙人，硕士，讲师。研究方向：印刷技术，高职教育。　－孔真基于ＣＣＤ及其视觉技术的喷墨数字印刷质量检测与闭环控制系统及方法　检测信息，进行可以对其进行处理，最终可以得出质量检测　控制结果，确保提升喷墨数字印刷质量ｉｓ－　２１。喷墨数字印刷质　量检测与闭环控制系统中，对喷墨数字印刷质量检测中，针　对印刷色彩的信息分析方面，可以运用密度计以及分光光度　计进行检测ｎ３１，并可加大对色彩复制效果的检测，确保印刷图　像文字以及线条轮廓是清晰的．能够在印刷后提升网点复制　的质量。避免产生印刷质量缺陷。在系统设计中，基于ＣＣＤ　及其视觉技术．从图像的色差、颜色灰平衡以及色域范围等　质量控制指标中出发．自动检测喷墨数字印刷弊端，并可实　现闭环控制的缺陷实时补偿．从而能够有效的控制喷墨数字　印刷色彩偏差，有效确保系统设计符合实际需求。　３设计基于ＣＣＤ、视觉技术的喷墨数字印刷　质量检测与闭环控制系统　３．１总体设计结构　在ＣＣＤ技术以及视觉技术支持下。针对喷墨数字印刷　质量检测过程中，设计的闭环控制系统，主要由ＣＣＤ数字信　息转化摄像头部分、印刷图像采集卡、光线照明部分、喷墨印　刷机械装置部分以及系统的主控计算机部分组成．如图１中　就是本次设计闭环控制系统总体的结构图。　图ｌ系统总体设计结构　其工作过程：可以将喷墨数字印刷图像送到系统ＣＣＤ　摄像头的摄像范围内．依据ＣＣＤ成像以及图像采集卡采集　喷墨数字印刷图像。然后对图像进行质量检测，并进行预处　理，提升喷墨数字印刷质量。　３．２系统功能设计　１）控制机器视觉的功能：可以采用ＣＣＤ摄像头，有效摄　取检测喷墨数字印刷图像，并可以将其转化为数字化的信　号，然后就可以再对喷墨数字印刷图像的数字信号进行相应的　视觉技术处理，得到可以用于检测印刷质量的图像特征值㈣。　之后，可以根据特征结果，对印刷图像质量进行检测。其主要　功能如图２所示。　图２系统机器视觉结构　２）质量检测的功能：可以对采集到的原始喷墨印刷图像　进行预处理，选取、分割相关图像的阈值，可以有效检测喷墨　素质印刷质量口５１。然后，在该系统中，在整个墨印数字印刷的　过程中，运用ＣＣＤ扫描摄像头来不断的测量印刷图像的质　量色表，并根据系统中央控制台运算，分析生成相关检测控　制信号，对有缺陷的印刷操作进行实时的控制补偿，确保提　升喷墨数字印刷质量的稳定性。　３．３图像质量检测的方法　在喷墨数字印刷质量检测中，优化质量检测方法，运用　ＣＣＤ以及视觉艺术．实现对印刷图像的实时、快速在线检测。　能够在高速喷墨数字印刷生产流水线中，在与其印刷传动装　置相对应的位置安装闭环控制检测装置，以此来对印刷图像　的质量进行闭环控制，对于合格的印刷图像输出在合格位　置，对于不合格的图像则予以次品处置。印刷质量检测方法　如图３所示。　图３喷墨数字印刷质量检测流程方法　可以运用分光光度的测量技术．以此来扫描喷墨数字印　刷的图像，可以实现对印刷图像的三维光谱色彩控制，实现　对印刷图像在色度以及密度方面的双重检测，从而有助于提　升喷墨数字印刷质量。　３．４系统软件代码设计　本次喷墨数字印刷质量检测与闭环控制系统设计中．其　对于图像处理算法采用Ｍａｔｌａｂ程序语言实现模拟．按照软件　工程的理论，采用模块化结构设计．确保系统软件代码结构　清晰，提升该系统的应用性能。系统中显示喷墨数字印刷图　像直方图的代码：　ＩｐｌＩｍａｇｅ　ＨｉｓｔＩｍａｇｅ（ＩｐｌＩｍａｇｅ　ｐＩｍａｇｅ、　ｆ　ｉｆ（！ｐＩｍａｇｅ）　｛　ｃｅｒｒ＜＜”Ｔｈｅ　ｉｎｐｕｔ　ｉｍａｇｅ　ｉｓ　ＮＵＬＬ．＂＜＜ｅｎｄｌ；　ｒｅｔｕｍ　ＮＵＬＬ；　）　ｉｆ（１　１＝ｐＩｍａｇｅ－＞ｎＣｈａｎｎｅｌｓ）　｛　ｃｅｒｒ＜＜”Ｔｈｅ　ｉｎｐｕｔ　ｉｍａｇｅ　ｓ　ｃｈａ　ｎｎｅｌｓ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｅｑｕａｌ　ｔｏ　１．”＜＜ｅｎｄｌ：　ｒｅｔｕｍ　ＮＵＬＬ；　｝　ｉｎｔ　ｈｉｓｔＳｉｚｅ＝ＢＩＮＳ：　ｌｆｏａｔ　ｒａｎｇｅ＝ｎｅｗ　ｆｌｏａｔ　：　ｒａｎ　ｇｅ【０】＝ｎｅｗ　ｌｆｏａｔ［２］；　ｒａ　ｎｇｅ［０］［０］＝ＬＯＷ＿ＢＯＵＮＤ；　ｒａｎｇ　ｅ［０】【１】：ＨＩＧＨ＿ＢＯＵＮＤ；　ＣｖＨｉｓｔｏｇｒａｍ　ｐＨｉｓｔ＝ｃｖＣｒｅａｔｅＨｉｓｔ（１，＆ｈｉｓｔＳｉｚｅ，ＣＶ　—ＨＩＳ　ＲＲＡＹ，ｒａｎｇｅ）；　－８３－　《电子设计工程￣２０１６年第２４期　ｅｖＣａｌｅＨｉｓｔ（＆ｐＩｍａｇｅ，ｐＨｉｓｔ）；　ｌｆｏａｔ　ｆＭａｘＶａｌｕｅ＝０．ｆ：　ｃｖＧｅｔＭｉｎＭａｘＨｉｓｔＶａｌｕｅ（ｐＨｉｓｔ，０，＆ｆ　ＭａｘＶａ　ｌｕｅ，　０，Ｏ）；　ｉｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ＝２４０；　ｉｎｔ　ｉｎｔｅｒｖａｌ＝ｃｖＲｏｕｎｄ（ＢＩＮＷＩＤＴＨ　２／５）；　ｉｎｔ　ｗｉｄｔｈ＝ｈｉｓｔＳｉｚｅ　ＢＩＮＷＩＤＴＨ＋（ｈｉｓｔＳｉｚｅ一１、　ｉｎｔｅｒｖａｌ；　Ｉｐｌｌｍａｇｅ　ｐＨｉｓｔＩｍｇ＝ｃｖＣｒｅａｔｅＩｍａｇ（ｅ　ｖＳｉｚｅ（ｗｉｄｔｈ，　ｈｅｉｇｈｔ），ＩＰＬ＿ＤＥＰＴＨ一８Ｕ，３）；　ｃｖＺｅｒｏ（ｐＨｉｓｔＩｍｇ）；　ｆｏｒ（ｉｎｔ　ｉ＝０；ｉ＜ｈｉｓｔＳｉｚｅ；ｉ＋＋）　ｆ　ｌｆｏａｔ　ｆＢｉｎＶａｌｕｅ＝ｃｖＱｕｅｒｙＨｉｓｔＶａｌｕｅ＿ｌＤ（ｐＨｉｓｔ，　ｉ）；　ｉｎｔ　ＢｉｎＨｅｉｇｈｔ＝ｃｖＲｏｕｎｄ（ｆＢｉｎＶａｌｕｅ／ｆＭａｘＶａｌｕｅ　ｈｅｉｇｈｔ）；　ＣｖＳｃａｌａｒ　ｃｏｌｏｒ＝ｃｖＳｃａｌａｒ（ｉ　２５５／ｈｉｓｔＳｉｚｅ，　２５５，２５５，０）；　ＣｖＰｏｉｎｔ　ｐｏｉｎｔｌ：ｃｖＰｏｉｎｔ（ｉ　（ＢＩＮＷＩＤＴＨ＋　ｉｎｔｅｒｖａ１），ｈｅｉｇｈｔ）；　ＣｖＰｏｉｎｔ　ｐｏｉｎｔ２　＝　ｃｖＰｏｉｎｔ　（ｐｏｉｎｔ１．ｘ　＋　ＢＩＮＷＩＤＴＨ，ｈｅｉｇｈｔ—ＢｉｎＨｅｉｇｈｔ）；　ＣｖＲｅｃｔａｎｇｌｅ（ｐＨｉｓｔＩｍｇ，ｐｏｉｎｔｌ，ｐｏｉｎｔ２，ｃｏｌｏｒ，一　１，８，０）；　｝　ｃｖＲｅｌｅａｓｅＨｉｓｔ（＆ｐＨｉｓｔ）；　ｄｅｌｅｔｅ［】ｒａｎｇｅ［Ｏ】；　ｄｅｌｅｔｅ　ｒａｎｇｅ；　ｒｅｔｕｍ　ｐＨｉｓｔＩｍｇ；　｝　系统中。图像识别代码：　ｉｍｐｏｒｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；　Ｓｔｒｉｎｇ　ｉｆｌｅＮａｍｅ＝”ｙｉｎｓｈｕａｆｉｌｅ．ｊｐｇ”；　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　＝ｎｅｗ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　（”　ｈａａｒｃａｓｃａｄｅｆｒｏｎｔａｌｆａｃｅ＿—ｄｅｆａｕｌｔ．ｘｍｌ”）；　Ｌｉｓｔ＜Ｒｅｃｔａｎｇｌｅ＞ｒｅｓ＝ｄｅｔｅｃｔｏｒ．ｇｅｔＦａｃｅｓ（ｆｉｌｅＮａｍｅ，２，　１．２５ｆ，０．Ｉｆ，３，ｔｒｕｅ）；　命令代码：ｊａｖａ＿ｊａｒ　ｊｖｉｏｌａｊｏｎｅｓ．ｊａｒ　ｉｍａｇｅＦｉｌｅＮａｍｅ　ＯｐｅｎＣＶＸｍｌＦｉｌｅ　４系统应用效益分析　在本次研究中。设计的喷墨数字印刷质量检测闭环控制　系统。是基于ＣＣＤ及其视觉技术基础上设计的。不仅可以提　升喷墨数字印刷质量检测的检出率，也可提升经济效益。　在喷墨数字印刷质量检测与闭环控制系统中，采用黑白　－８４－　面阵ＣＣＤ和多通道图像采集卡采集图像数据．可以自动选　取印刷图像的数字化阈值分割，从而可以降低系统对于实时　应用环境的要求，有效提高该系统在应用中的推广性。喷墨　数字印刷质量检测与闭环控制系统应用中，其可以检测识别　出的喷墨数字印刷质量缺陷，全部符合实际剔除的需求。表　明喷墨数字印刷质量检测与闭环控制系统的协调性和重复　性比较可靠，提升８２．Ｏ％，同时，在该系统中，对于印刷不清晰、　污点、漏印、色彩不均、字迹不清的检出率。分别达到８４％、　８２％、７４％、６５％、８５％，提升系统应用性能，发挥积极应用价值。　５结　论　综上所述，基于ＣＣＤ以及视觉技术支持，优化设计喷墨　数字印刷质量检测方面的闭环控制系统，提高检测系统的速　度，降低系统对ＣＣＤ性能的要求．确保系统在线检测功能提　升，确保该系统具有很好的实用推广价值。　参考文献：　『１１姚立忠．基于ＣＣＤ与ＰＭＡＣ的激光三维堆积离焦量实时闭　环控制研究【Ｄ】．苏州：苏州大学，２０１２．　［２］刘真，洪健，李胜辉，等．基ｆｆ＇ＣＣＤ获取测控元素评价喷墨打　印质量［Ｊ１．中国印刷与包装研究，２０１０，２（ｚ１）：２０８－２１２，２１６．　【３】刘真，洪健，李胜辉，等．基ｆｆ－ＣＣＤ获取测控元素评价喷墨　打印质量『Ｊ１．中国印刷与包装学术会议论文集，２０１０：２０８—　２１２，２１６．　［４］孙菁梅，魏先福，黄蓓青，等．可食性喷墨油墨性能对印刷　品质量的影响［Ｊ］．北京印刷学院学报，２０１１，１９（４）：１３—１６．　【５】程康英．胶印ＰＫ喷墨印刷——单张纸印刷机的未来［Ｊ］．印　刷杂志，２０１２（７）：１８一ｌ９．　［６】ｆｔ．凯华光携ＪＦ推新型数字喷墨标签印刷机［Ｊ］．数码印刷，　２０１２（１１　：１６．　［７】付少海，张丽平，谭莹田，等．纺织品数字喷墨印花喷头及　整体设备的研究进展［Ｊ］．纺织导报，２０１４（１１）：３５—３８．　【８】夏晓峰，王强．商业印刷企业如何应用数字喷墨印刷技术　［Ｊ］．印刷杂志，２０１０（１０）：１１－１３．　『９１德鲁巴２０１２爱克发印艺的创新展示对胶印印刷与喷墨　印刷的承诺［Ｊ】．今日印刷，２０１２（５）：８５－８６．　［１　ｏ］文引强，高有行．喷墨绘图机喷头小车的驱动设计［Ｊ］．计算　机工程，２００２，２８（９）：２０１—２０３，２４０．　【１１］刘忠坤，李业丽，陆利坤，等．基于ＦＰＧＡ喷墨头控制系统的　设计与实现［Ｊ］．北京印刷学院学报，２０１３，２１（４）：２１—２３．　『１２］Ｙ－绿璇，杨继全，徐路钊，等．基于彩色三维打印的喷墨控　制技术研究［Ｊ］．工业技术创新，２０１５（３）：２５９—２６６．　［１３１ｑ￣丽．喷墨印刷质量检测与控制的研究【Ｄ】．西安：西安理　工大学．２０１４．　【１４１ｆｆ＂菲．喷墨彩色打印系统喷头控制电路的设计与实现【Ｄ］．　北京：北京印刷学院，２０１４．　『１５］：ｆ４景泰，石涛，王鸿鹏，等．大型三维真彩色喷墨控制系统　［Ｊ］．自动化仪表，２０１２，３３（４）：５—８．