摘? 要: 介紹一種基于計(jì)算機(jī)視覺和模糊控制技術(shù)的彩色印刷對版系統(tǒng),。給出了計(jì)算機(jī)視覺圖像處理和對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)的凹印彩色自動對版系統(tǒng),，取得了很好的效果。

1 系統(tǒng)概述

　　彩色印刷時,，在每一個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版誤差,，并可進(jìn)一步利用它進(jìn)行對版。

　　圖1是系統(tǒng)的原理框圖,。版輥1和2是兩個不同顏色的版輥,。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,。亮的時刻和時間長短均可根據(jù)需要設(shè)定,。亮?xí)r攝取圖像，暗時圖像保持,?？梢跃_地采集到對版標(biāo)志線的圖像。攝像機(jī)采集到的圖像信號送入計(jì)算機(jī),。計(jì)算機(jī)對標(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)動電機(jī)M使版輥3上下移動,。它的移動改變了版輥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,，完成了自動對版功能,。

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2 基于計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理

　　攝像系統(tǒng)采集的圖像信號是24位的真彩色數(shù)字信號。圖像中每一個象素都是由紅(R)、綠(G),、藍(lán)(B)三個八位的字節(jié)組成,。可以分別用0～255級數(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，計(jì)算量大,，花費(fèi)時間多,。為了適應(yīng)對版過程的實(shí)時控制要求，必須考慮一些特殊的算法,，大幅度減少計(jì)算時間,。

　　首先，把對版過程需要處理的信息放在一個200×360象素的矩形窗口中,，只需對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,，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象素只占l位的二值圖像。數(shù)據(jù)存放在一個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。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,，這一行即可認(rèn)為是第一色標(biāo)志線的第一行,。記下行號為L1。以同樣的方法找出第二色標(biāo)志線的第一行,，行號記為L2,。兩條標(biāo)志線的距離:

　　式中，L_K是1mm中包含的象素數(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)行對版調(diào)整了。若對版偏差在±5mm～±20mm時,，偏差量很大,。這時需要盡快減小偏差，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以一個恒定的較大的導(dǎo)通角轉(zhuǎn)動,，快速調(diào)整使誤差很快降下來。當(dāng)偏差<±5mm時,，偏差量已經(jīng)比較小了,。這時，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,。輸入量為對版偏差e和偏差變化量Δe。輸出量是一個周期內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)動時間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)志線之間的對版誤差,。將它分為8個模糊子集，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個區(qū)間,，對應(yīng)-5～+5,，分別確定出它們對8個模糊子集的隸屬度。

　　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個區(qū)間,，對應(yīng)-5～+5,，確定出隸屬度。

輸出量T是一個周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)動的時間,，把它分為7個模糊子集,，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),。把每個周期的時間均勻分為11檔，對應(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12×11×14的矩陣,。事先計(jì)算出這個矩陣,，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,，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,，自動對版最大調(diào)整時間小于10s,，對版誤差不大于±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)具有較高的推廣價值,。

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參考文獻(xiàn)

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