凹版印刷电雕网点自动检测系统研究与设计

时间：2024-07-29

孟艳敏

(佛山广播电视大学计算机教研室，广东佛山 528000)

凹版印刷制版最常用的方法是采用电雕制版。在电雕制版中，要对各基色进行分色，然后在各基色版辊上布置网点值为微米级的凹印网点，凹印网点值的大小直接影响印刷过程中的色彩还原能力［1-2］。而在电雕制版前，必须先进行试雕来调整电雕机工艺参数，即对电雕机的网点进行检测，以便正式雕刻时能准确测量出网点大小，保证其符合设计要求。在自动化检测过程中，高档的电雕机需要边雕刻边自动检测雕刻网点的大小，动态测量试雕网点的大小，以提高雕刻机的效率。

目前国内主要引进国外电雕制版设备，笔者在网点测试仪开发完成的基础上，针对国外设备的自动化测量技术进行研究，设计了电雕网点自动检测系统，填补了国内在网点专业仪器测量技术上的空白。

1 硬件构成与基本原理

凹版印刷电雕网点自动测量系统的硬件系统包括同步脉冲电路、脉冲相移电路、机械位移支架、频闪灯、视频摄像头、特殊光学显微镜，以及电脑与视频输入卡。为了能够在动态情况下看清楚某一周期性运动的图像，将频闪灯对着同一位置的图像进行同步周期的灯光明暗闪光，达到一定频率(＞24 Hz)后，因视频摄像头比肉眼的敏感度更高，所看到的图像即为静止的清晰可见的图像。为了达到图像的同步频率，在运动的滚筒端头装一个光电耦合器，在滚筒上装一个遮断片周期性地遮断光电耦合器，经放大电路整合成同步方波，即可得到需要的同步信号。将同步信号输入频闪灯触发端输入口，即可发出频率相同的闪光，使得周期性的图像看上去好像定位在某一个位置上不再运动。为了能看到滚筒上各纵向的运动图像，可把同步信号输入一个可调节角度的脉冲移相电路，把同步信号脉冲移位一定角度，然后再输入频闪灯触发端，即可调节滚筒纵向图像的位置。对于滚筒横向，采用机械移位支架左右移动频闪灯位置，即可实现滚筒全方位的图像定位。然后在频闪灯位置安装一个高速视频摄像头，将图像摄入电脑的视频卡中，由于网点为微米级，需在一种特殊的显微镜下把雕刻在版辊上的网点放大，以便于肉眼观察。在网点测量仪中，在特殊显微镜上接一个视频摄像头，将视频摄像头获得的图像通过视频信号线接入计算机视频接收卡，然后在电脑屏幕上显示。笔者采用AVER Pcimager可编程视频卡，视频卡内部包含可编程程序包，对视频信号进行处理。

光电耦合电路如图1所示。典型的有源RC移相电路如图2所示。不同频率的正弦波电压通过RC电路时，输出端的电压幅度与相位都与输入端不同［3］。为了得到与输入端不同的电压幅度和相位，采用了如图2所示的有源RC移相电路。同时在电路中，为了保证负载在接近全电压时不会发生突然停止的现象，减小负载受电源电压波动的影响，采用了双运放作移相电路［4-7］。

图1 光电耦合电路

图2 典型的有源RC移相电路

由于网点需要特殊显微镜，显微镜需要光路设计，使得显微镜聚焦时网点边沿呈白色反光，被雕刻机挖去的凹面显示为黑色，因此频闪灯必须装在显微镜上［8］。频闪灯属于微型频闪灯管，只适合于印刷行业动态观察印刷效果，不需要通过显微镜观察。

2 软件开发与编程实现

2.1 编程基本逻辑

视频信号经显微镜聚焦以后，从视频卡输入到计算机中，屏幕出现如图3(a)所示的实际网点图像。为了研究方便，将图3(a)简化成如图3(b)所示的理想的网点图像，图3(c)为程序自动定位图，图中白线部分表示网点值标记线，封闭实际电雕机雕刻图像的通沟，便于简化编程逻辑探讨。

图3 网点图像

在实际测量中，图3(c)是要测量网点中的横向白线长度，即网点值大小，先设标准尺寸为k，通过显微镜聚焦后，标尺上两个刻度坐标值为(x1，x2)，网点白线左右的坐标记为(wx1，wx2)，再按线性比例计算出网点值为k|wx2-wx1|/|x2-x1|。在自动化检测过程中，高档电雕机需要边雕刻边自动检测雕刻的网点大小，以动态实现雕刻，这需要一个自动检测网点的程序来完成。以下介绍以计算机辅助自动检测网点进行编程逻辑研究与实现的方法。

2.2 编程逻辑与实现

在实际设备的图像采集中，视频图像并不是理想的黑白分明，而是如图3(a)所示带有噪点，只有过滤掉噪点才可以准确定位图像的特征，实现计算机自动识别网点并检测［9-10］。

图3(c)中的图像，白线的两端在左右两条弧线的水平对称切点上，是网点横向最大值。在网点图上白色部分与黑色部分界限分明，为了过滤掉噪点，并定位出某一个坐标点是亮点还是暗点，设基准值CONTR，每个亮点的RGB分量值之和大于CONTR，暗点的RGB分量之和小于CONTR。把每一个需要定位的点和与该点邻近的8个方向点的RGB分量计算出来，如果共为9个亮点，则该定位的点为亮点。

实际亮点旁边有噪点，首先定义一个亮点，假设旁边8个方向的亮点之和大于某个值NUMB(≤8，一般NUMB值取6，取决于图像质量)，称之为真亮点，否则就为假亮点(实际为暗点)。CONTR和NUMB的值、标准尺寸k和坐标值都保存在全局变量中，关闭测量软件时保存在文件中，每次启动测量软件时从文件中把两个参数调出来再保存在全局变量中，以避免重复设置。测量网点大小的编程逻辑框图如图4所示。

在自动检测过程中，采集到的实际图像有些并不是完整的，如图3(b)所示的图像，就需要在程序中考虑边界条件判断，并且调用主程序中的全局变量和使用宏来调用子程序。

2.3 结果验证

在图3(c)中，两根垂直平行线为网点圆弧的切线，之间的横线距离即为网点值，大小为k|wx2-wx1|/|x2-x1|。实际网点值测量的精度主要取决如下因素:显微镜图像的线性度、基准的精度、自动测量判断坐标准确度、基准图像的坐标和自动检测定位等。显微镜图像的线性度即变形量越小越好，基准图像的坐标越大越好，其中自动检测定位对精度的影响起着决定性的作用。

图4 测量网点大小的编程逻辑框图

在电雕网点检测时，要尽量使网点充满整个屏幕，然后对基准值作相应调整。过滤视频信号噪点时，要根据旁边的坐标亮度情况来判断一个坐标是否为亮点。由于在自动定位中，坐标点的误差大致为两个，基准标尺取100 μm，当屏幕分辨率为640×480时，|x2-x1|≈600，假设一个网点值约为 100 μm，两个坐标点的误差为2/|x2-x1|=2/600=0.33%，此时 100 μm 的网点误差为0.33 μm，达到检测精度要求;当屏幕分辨率为1024×768时，除掉边沿横向无效区200个点，有效分辨率为800，测量误差为2/800=1/400=0.025%，测量精度更加精确。