【CPP114】訊：機器視覺就是用攝像機代替人眼，用計算機代替人的大腦。機器視覺用于印刷，包裝質量檢測的工作原理就是用攝像機拍攝、采集印品的圖像，在計算機中與該印品標準圖像（模板）比較，如果發現差異并超出設定的公差范圍，即判定為不合格產品。在實際的機器視覺系統應用中要復雜。


　　２。系統配置及理論原理


　　通常的視覺檢測系統，由照明光源、光學鏡頭、攝像機、圖像信號的處理和執行機構組成。好的照明光源及照明系統是整個系統成敗的關鍵之一，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地再現印品的色彩，不能夠造成顏色的失真，這就要求光源的發光光譜接近日光，同時應保證有足夠的亮度并在整個照明區域內亮度均勻；其次是光源和照明系統的設計要避免印品上的一些高反射率的特殊區域，如：燙金、激光防偽標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，在某些應用場合，還要考慮光源與照明方案的配合應盡可能地突出物體特征量，增加對比度。總之，在選擇光源和設計照明系統時，要根據印品的具體情況，確定光源所需的幾何形狀。照明亮度、均勻度、發光的光譜特性等，當然同時還要考慮光源的發光效率和使用壽命。


　　光學鏡頭相當于人眼的晶狀體。光學鏡頭的品質會影響視覺系統分辨物體的能力，影響圖像的對比度以及清晰成像的范圍（景深）。而這些特性的優劣受鏡頭本身像差的限制，鏡頭對像差校正的優良與否，決定了鏡頭的成像品質。常見的像差有球差、彗差、像散、場曲、畸變、色差等六種。


　　機器視覺檢測過程圖


　　鏡頭通過的是被拍攝物體的光學信息，而在計算機中處理的是被拍攝物體的電信息，攝像機的作用就是完成光學信息到電信息的轉換。在攝像機中，關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信息的光線通過鏡頭到達芯片的表面，光信息變成電荷信號（曝光），光強的地方電荷多，光弱的地方電荷少，對應著印品上不同區域的明暗程度；不同的顏色分解為紅、綠、蘭三種基色，存放在不同的像素中。曝光產生的電荷，按規定好的順序（掃描方式）依次將電荷讀出，經過放大和其它處理，最后從攝像機輸出。這就是攝像機的工作原理。


　　高質量的圖像信息是系統正確判斷和決策的原始依據。從攝像機的應用原理，我們能夠簡單地概括出對其性能的要求。第一，要有足夠的動態范圍，印品上很亮和很暗的部分都能夠準確地反映；第二，要有足夠的分辨率（足夠多的像素數），印品上的微小細節都能夠清晰地體現；第三，要能夠真實地再現印品的色彩；第四，攝像機的讀出（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。當然，攝像機還有其它的性能指標，這里不再一一列舉。


　　印品檢測使用的攝像機根據實際情況的不同分為二大類，線陣攝像機和面陣攝像機。線陣攝像機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前通過，才能獲得完整的圖像，因此非常適合對以一定速度勻速運動的物體（印品）的圖像檢測。而面陣攝像機則可以一次獲得整幅圖像的信息，象我們日常使用的數碼相機。


　　圖像信號的處理是機器視覺系統的核心，它相當于人的大腦。如何對圖像進行處理和運算，是機器視覺系統開發中的重點和難點所在。＂與模板相比，找出差異＂，機器視覺的工作原理說起來比較簡單，但真正實現上卻很復雜。整個圖像信號的處理通常包括：


　　（１）預處理；


　　（２）特征的提取與識別；


　　（３）測量。


　　高速運動的印品通過攝像機時，與模板圖像相比，往往會產生位置的移動、旋轉。有時甚至有飄動，使采集的圖像發生變形失真；光源的不穩定和外界環境的影響，使采集的圖像亮度不均勻。顏色發生變化；其它外部設備、供電電源和采集設備本身也會引入一定的干擾和噪聲。為此，在安裝視覺系統的過程中，一方面要消除這些不利的因素，另一方面還要通過圖像預處理排除和淡化它們的影響。


　　綜上所述，機器視覺是光、機、電、計算機相結合的技術，極適用于大批量生產過程中的重復性的測量、檢查和辨識。視覺質量檢測在印刷包裝行業中的應用可以在印前、印刷過程中和印后，但目前多數應用集中在印后質量檢查。中國有幾萬家印刷企業，真正使用檢測系統的很少，除印鈔、票證等特殊行業外，主要集中在食品和藥品等包裝行業，食藥品包裝行業對印刷要求較高，對質量和色彩的要求比較特殊。


　　３．機器視覺在印包行業及食品行業的應用