基于Blackfin的圖像識別式印刷網點測版儀的研制

王琦　高鵬飛　瑚琦

摘要：在印刷工業中，人們通過測量網點面積、網點距離、網點角度這三個參數來實現印刷品質量的控制。由于傳統測版儀在測量網點面積時是以光學測量為基礎，將光強轉換成光照密度值，再間接得到網點密度，其中存在一定的測量誤差與計算誤差，影響印品質量。因此在數字圖像處理的基礎上設計了基于Blackfin處理器的測版儀，圖像識別式測版儀為直接測量，測量精度高、誤差小，更利于控制印品質量，提高網點參數測量精度。

關鍵詞：測版儀； Blackfin； 數字圖像處理； 參數測量算法

中圖分類號： TP 752.1 文獻標志碼： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.06.012

Abstract：In the printing industry， printing dot parameters are measured by means of obtaining the values of area， distance，angle of printing dots to control printing quality. Because the traditional measuring instrument in the measuring network area is based on optical measurement and indirect conversion of light into density value， there is measurement error and calculation error which affect the printing quality. In this paper， a printing measuring instrument is designed on the basis of digital image processing whose measuring is direct. Its measuring accuracy is higher and it is more helpful for controlling printing quality.

Keywords： printing measuring instrument； Blackfin； digital image process； parameter calculation algorithm

引 言

印刷網點是組成印制品圖文信息的基本單元，如圖1所示，左側為實際的印刷版圖樣，右側是顯微放大后的網點圖（以三成網點為例），網點的大小及密度在印刷中起到決定印品色彩、層次和圖像輪廓的作用，所以為了能保證印刷工藝取得較好的效果，以及能忠實地再現原稿的色彩，在制版時要準確掌握網點的參數，包括網點距離、網點角度以及網點密度。

測版儀是測量網點參數的一種儀器，是印版過程中控制質量的重要工具。傳統的測版儀以光學測量為基礎，通過測量光照密度間接得到網點面積，其測量原理如圖2所示。

式中：a是一個網點所占面積的百分比；D和d是網點面積為a處的網點密度和實地密度。式（3）相對于式（2）多了一個參數n，n值用于修正紙張和墨膜由于光滲透產生的漫反射及加網線數等因素的影響。

由此看來，傳統的光學測版儀在測量網點參數時，會引入多種誤差源，包括：理論誤差（間接測量推導和經驗公式）、測量誤差（光強度測量）、儀器誤差以及環境影響帶來的誤差（光照均勻性）等，最終造成測量精度下降，影響產品質量。

為克服上述傳統測版儀的問題，提高精度，設計了基于Blackfin處理器的嵌入式圖像識別的便攜式測版儀（型號為QYF01），此測板儀的硬件結構簡單，體積小，攜帶方便且操作簡單。系統采用Blackfin核心處理器不但運算能力強，且集成度高，由圖像傳感器直接獲取印刷版材的顯微圖像，并通過圖像識別的方式獲得網點的各種參數值。將傳統間接測量轉為直接測量，大大減少了測量過程帶來的誤差。針對網點灰度圖提出的圖像處理算法，經多次試驗，得到的二值化閾值分割網點圖像效果良好，進一步提高了參數測量精度和處理器運算速度。

1 圖像識別式測版儀的結構組成

測版儀的系統框圖如圖3所示，其基本工作原理是：圖像傳感器采集帶測樣版的顯微放大圖像，傳輸給DSP處理器進行二值化等圖像處理，并將處理結果顯示在系統液晶模塊上，或者通過串口將數據傳輸到PC機等外圍設備上。

1.1 LED光源

為了攝取清晰的網點圖像，在顯微鏡頭前端設計一個LED照明光源。在采集圖像的過程中發現，如果光照不均勻，采集的圖片會有一些較亮或者較暗的區域，二值化處理以后，較暗的區域會被處理成黑色，從而影響網點參數測量的最終結果。因此，在設計照明光源時，為了使光照均勻，經多次試驗，我們決定采用6個白色LED均勻分布在360°的圓周上，且均以45°角照射到待測網點上，另外，在燈罩下方平鋪一塊亞克力均勻光板，這樣使得圖像清晰度更高，更有利于后續的圖像處理及參數測量。LED光源結構示意圖如圖4所示。

1.2 圖像采集模塊

采集模塊的CMOS采用OmniVision Technologies公司推出的30萬像素的攝像頭芯片OV7725圖像傳感器，其最大成像點陣列為640*480。該產品體積小、工作電壓低，提供單片VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能，用戶可以完全控制圖像質量、數據格式和傳輸方式。

由于網點參數計算是針對二值化后的網點圖，對于普通的圖像傳感器首先需要將彩色圖像轉換成灰度圖，但是OV7725支持輸出灰度圖像，因此設計中DSP處理器通過SCCB總線對OV7725寄存器進行配置，控制圖像數據格式和傳輸方式，使得圖像Y分量以8位數據格式輸出，而UV分量所在通道則為高阻態。SCL和SDA為SCCB總線的時鐘線和數據線，分別與BF533的IO端口PF0和PF1連接，通過IO端口模擬總線時序，實現圖像數據采集，并將采集到的數據存儲到SDRAM中。

1.3 Blackfin處理器

該部分實現了整個系統圖像采集的流程控制，也是實現圖像處理算法的硬件平臺。為了滿足圖像處理的高速度與高精度，本文設計的DSP采用ADI公司推出的ADSP-BF533作為核心微處理器。Blackfin處理器是ADI公司的一類新型嵌入式處理器，是專門應用在圖像處理領域的，其運算速度快，具有多種外設接口，可以方便的進行各種擴展。

1.4 液晶顯示模塊

本設計采用的液晶屏為16bit 480*272尺寸真彩TFT液晶屏，其背光亮度通過調整輸出PWM脈沖的脈寬來改變。由于BF533只有一個PPI口，因此設計中CMOS和LCD共用一個PPI接口，采用CPLD來切換PPI時鐘。當選通攝像頭時將PPI_SET10位設置為00，當設置為01時則選通液晶屏。LCD和CMOS與BF533的硬件連接示意圖如圖5所示。

2 印刷網點的參數計算

由OV7725傳感器采集到的彩色圖像為了方便后續的圖像處理，在數據輸出時僅保留了亮度信息，所以處理器只需對圖像進行二值化等處理。圖像處理算法的主要任務是得到目標像素與背景像素明確分離的二值化網點圖，實驗通過分析網點圖像灰度直方圖獲取二值化閾值進行圖像分割，處理后的圖像會產生一些孤立的小黑點，采用圖像腐蝕和圖像膨脹算法去除噪聲，此時得到的網點圖像即是利于網點參數計算的二值化網點圖。

2.1 網點面積的測量

由于網點數目比較多，如果每兩個相鄰網點間的距離和角度全部計算，則計算工作量巨大，所以我們首先采用區域標記的方法來確定網點的中心點，然后計算每個網點到中心點的距離，選出距離最短的三點，即為中心點附近彼此相鄰的三個網點，如圖6所示。因為網點橫向和縱向的距離基本一致，所以我們選取這三個點來反映整幅網點圖的信息。根據三點的坐標可以得到三個不同的向量BA、CB、AC，其中BA、CB的模長較短，這兩個向量就是網點排列的兩個不同的方向，它們的夾角約為90°。這兩個向量的模代表了兩個方向上網點的距離。計算結果顯示，|BA|≈|CB|，表明兩個方向上的距離大致相同，因此網點的距離L的值為

2.3 網點角度的測量

網點角度計算示意圖如圖7所示，水平方向與網點的排列方向的最小夾角，就是需要測量的網點角度。按照圖6所示的三個網點計算網點角度，由于BA、CB代表了網點的兩個排列方向，其與水平方向的夾角不同，則其中小于90°的夾角即為網點的角度。因此，若兩個向量與水平方向的夾角分別為θ，φ，則網點的角度為

3 結 論

待測樣本采用印刷網點標準版，由于不同面積的網點，網點大小及距離均有不同，因此我們僅將網點面積的測量值進行對比，試驗中分別用德國德強（Techkon） 公司的DMS910與自制測板儀QYF01（如圖9所示）測量網點面積，并對QYF01的測量值加以修正，得出的測量結果如表1所示。

從實驗結果可知，QYF01儀器在硬件結構和軟件算法上均達到了網點參數測量的目的。分析表中數據得知，對于1%到99%的全階調網點，QYF01測板儀的測量結果與標稱值的測量結果的差值波動范圍基本在2%～3%，測量精度相比較DMS910有了明顯提高。

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（編輯：張 磊）