摘? 要: 介紹一種基于計(jì)算機(jī)視覺和模糊控制技術(shù)的彩色印刷對(duì)版系統(tǒng)。給出了計(jì)算機(jī)視覺圖像處理和對(duì)偏差及偏差的變化量進(jìn)行模糊處理的方法及系統(tǒng)的控制框圖。

　　關(guān)鍵詞: 彩色印刷? 計(jì)算機(jī)視覺? 圖像處理? 模糊控制

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　　在凹版印刷過程中，不同色版之間套印的準(zhǔn)確性對(duì)印刷質(zhì)量的影響非常大。筆者設(shè)計(jì)了一種基于計(jì)算機(jī)視覺和模糊控制技術(shù)的凹印彩色自動(dòng)對(duì)版系統(tǒng)，取得了很好的效果。

1 系統(tǒng)概述

　　彩色印刷時(shí)，在每一個(gè)色版畫面的邊緣都印有一條標(biāo)志線。不同色版之間兩條標(biāo)志線的距離為20mm。檢測兩條標(biāo)志線套印的實(shí)際距離，就可以測得兩色套印的對(duì)版誤差，并可進(jìn)一步利用它進(jìn)行對(duì)版。

　　圖1是系統(tǒng)的原理框圖。版輥1和2是兩個(gè)不同顏色的版輥。裝在版輥2上的光電編碼器、頻閃燈、彩色CCD攝像機(jī)和插在工控機(jī)內(nèi)的圖像采集卡組成同步圖像采集裝置。版輥2每轉(zhuǎn)一周，頻閃燈閃亮一次。亮的時(shí)刻和時(shí)間長短均可根據(jù)需要設(shè)定。亮?xí)r攝取圖像，暗時(shí)圖像保持。可以精確地采集到對(duì)版標(biāo)志線的圖像。攝像機(jī)采集到的圖像信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)標(biāo)志線圖像進(jìn)行處理和分析，確定兩色套印得是否準(zhǔn)確以及誤差量的大小，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)M使版輥3上下移動(dòng)。它的移動(dòng)改變了版輥l、2之間的紙張長度，也就調(diào)整了兩條標(biāo)志線之間的距離，完成了自動(dòng)對(duì)版功能。

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2 基于計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理

　　攝像系統(tǒng)采集的圖像信號(hào)是24位的真彩色數(shù)字信號(hào)。圖像中每一個(gè)象素都是由紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)八位的字節(jié)組成。可以分別用0～255級(jí)數(shù)值表示某一色從深到淺的程度。采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)處理彩色圖像時(shí)，計(jì)算量大，花費(fèi)時(shí)間多。為了適應(yīng)對(duì)版過程的實(shí)時(shí)控制要求，必須考慮一些特殊的算法，大幅度減少計(jì)算時(shí)間。

　　首先，把對(duì)版過程需要處理的信息放在一個(gè)200×360象素的矩形窗口中，只需對(duì)這一窗口中的圖像進(jìn)行處理，不必考慮其他畫面。這樣可使計(jì)算量減少70%以上。

　　其次，針對(duì)圖像的特點(diǎn)，采用雙閾值的二值化處理方法。設(shè)第一色的閾值范圍為C₁₁～C₁₂，記為C₁;第二色的閾值范圍為C₂₁～C₂₂， 記為C₂。C=C₁∩C₂。經(jīng)過處理后，某一象素點(diǎn)的值為:

　　這里，f(x，y)是變換前某一象素的值，g(x，y) 是變換后的值。變換的關(guān)鍵是閾值C₁₁，C₁₂，C₂₁，C₂₂如何選取。

按照色度學(xué)的理論，任何一種顏色都可以由RGB三色以不同的比例混合而成，這叫相加混色法。CRT顯示器等主動(dòng)發(fā)光的器件就是采用這種方法。在彩色印刷中，是利用油墨顏料的吸色性質(zhì)而產(chǎn)生色彩的。在白光的照射下，青色油墨吸收紅色而反射青色(綠、藍(lán)色合成);黃色油墨吸收藍(lán)色而產(chǎn)生黃色(紅、綠色合成);品紅色油墨吸收綠色而產(chǎn)生品紅色(紅、藍(lán)色合成)。這種方法叫做相減混色法。因此，在印刷中基本的顏色是黃色、品色、青色和黑色。從理論上說，這四色的RGB分量分別是黃(0，0，255);品(0，255，0);青(255，0，0);黑(0，0，0)。確定某一色的閾值時(shí)，要在理論值的基礎(chǔ)上，考慮油墨的色差，光線的變化等因素，選定一組閾值的大小范圍。這要通過多次試驗(yàn)才能確定。二值化處理以后，24位的彩色圖像變成了每個(gè)象素只占l位的二值圖像。數(shù)據(jù)存放在一個(gè)25×45字節(jié)的矩陣中。信息量大大減少，而且有效地去掉了原始圖像中的大量噪聲信號(hào)。圖2(a)是原始圖像，圖2(b)是二值化后的圖像。

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　　從圖2(b)中可以看出，兩條標(biāo)志線都是120×lO象素的矩陣色塊。這樣，可以一行一行地對(duì)象素進(jìn)行判斷。在某一行中，如果值為0的象素首次連續(xù)超過100個(gè)，這一行即可認(rèn)為是第一色標(biāo)志線的第一行。記下行號(hào)為L1。以同樣的方法找出第二色標(biāo)志線的第一行，行號(hào)記為L2。兩條標(biāo)志線的距離:

　　式中，L_K是1mm中包含的象素?cái)?shù)。

3 模糊控制的實(shí)現(xiàn)

　　計(jì)算出兩條標(biāo)志線的距離后，就可以進(jìn)行對(duì)版調(diào)整了。若對(duì)版偏差在±5mm～±20mm時(shí)，偏差量很大。這時(shí)需要盡快減小偏差，不必考慮超調(diào)量的問題。采用恒定量調(diào)節(jié)的方式，即在紙張?jiān)试S的范圍內(nèi)，電機(jī)M以一個(gè)恒定的較大的導(dǎo)通角轉(zhuǎn)動(dòng)，快速調(diào)整使誤差很快降下來。當(dāng)偏差<±5mm時(shí)，偏差量已經(jīng)比較小了。這時(shí)，一方面要繼續(xù)減少偏差量，另一方面要降低調(diào)整速度，避免產(chǎn)生振蕩和過大的超調(diào)量。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，采用了模糊控制方式，較好地兼顧了控制器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制特性。

　　圖3是模糊控制器的框圖。模糊控制器設(shè)計(jì)為雙輸入單輸出型。輸入量為對(duì)版偏差e和偏差變化量Δe。輸出量是一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間T。從圖3可以看出，要實(shí)現(xiàn)上述模糊控制，必須完成輸入量e和Δe的模糊化;建立模糊關(guān)系矩陣;進(jìn)行模糊判決和輸出量的精確化等步驟。

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　　偏差量e是兩條標(biāo)志線之間的對(duì)版誤差。將它分為8個(gè)模糊子集，即:PLe(正大)，PMe(正中)，PSe(正小)，POe(正零)，NOe(負(fù)零)，NSe(負(fù)小)，NMe(負(fù)中)和NLe(負(fù)大)。把±20mm的偏差范圍不均勻地劃分為12個(gè)區(qū)間，對(duì)應(yīng)-5～+5，分別確定出它們對(duì)8個(gè)模糊子集的隸屬度。

　　偏差變化量Δe是相鄰兩次測量值之差。把它分為5個(gè)模糊子集，即:PLc(正大)，PSc(正小)，0c(零)，NSc(負(fù)小)和NLc(負(fù)大)。將每周期±lmm偏差變化量均勻分為11個(gè)區(qū)間，對(duì)應(yīng)-5～+5，確定出隸屬度。

輸出量T是一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，把它分為7個(gè)模糊子集，即:PL_T(正大)，PM_T(正中)，PS_T(正小)，OT(零)，NS_T(負(fù)小)，NM_T(負(fù)中)和NL_T(負(fù)大)。把每個(gè)周期的時(shí)間均勻分為11檔，對(duì)應(yīng)-5～+5，確定出隸屬度。

雙輸入單輸出型模糊控制器，其控制規(guī)則為:

　　根據(jù)模糊運(yùn)算規(guī)則可知:是一個(gè)12×11×14的矩陣。事先計(jì)算出這個(gè)矩陣，然后用最大隸屬度原則進(jìn)行判決，再經(jīng)人工修正，可得到模糊控制表。把該表存入程序中去。在運(yùn)行時(shí)，通過查表即可完成相應(yīng)的模糊運(yùn)算，求出輸出量的模糊值。然后再乘上相應(yīng)的比例因子，就可得出精確的輸出控制量。

　　本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)整速度快，自動(dòng)對(duì)版最大調(diào)整時(shí)間小于10s，對(duì)版誤差不大于±0.05mm，超調(diào)量非常小，具有很強(qiáng)的魯棒性。對(duì)于規(guī)格差異較大的幾種印刷機(jī)均能很好地適應(yīng)。因此，本系統(tǒng)具有較高的推廣價(jià)值。

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參考文獻(xiàn)

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