印刷圖像在線檢測的數字化分析

遼寧省新聞出版學校 楊立新

印刷圖像在線檢測的數字化分析

遼寧省新聞出版學校 楊立新

【摘要】印刷圖像的數字化處理，是將生產線上采集到的印刷圖像輸入到計算機后進行編輯處理，使得圖像的視覺效果特別是內在質量得到顯著提高的過程，數字化處理后，為后續圖像應用提供較好的質量標準。

【關鍵詞】印刷圖像；數字化圖像；處理檢測

在印刷流程中，離不開印刷圖像與數字圖像的轉換，二者雖然都是圖像，但有著非常大的不同。使用計算機上的在線檢測系統處理圖像，必須首先將印刷圖像轉化而成數字圖像，這是系統的要求。為了使采集的過程和轉換的結果有一個統一的標準，本篇文章通過對影響印刷圖像采集質量的各方面原因進行深入分析，進而形成了一個具有較強針對性和方向性的圖像質量評判標準。

1 印刷圖像的基本內涵

印刷圖像是由人根據一定的色彩要求，通過加工組合而生成的圖像，它與人眼視覺中的自然圖像和計算機中的數字圖像有很大的差別。印刷中的彩色圖像一般由印刷四原色（CMYK），即青藍（Cyan）、品紅（Magenta）、黃（Yellow）和黑色（Black）四種顏色的油墨，按照不同的要求組合而成的，在全彩色印刷中，常用的是四原色，但也有的進行專色油墨印刷，這要看頁面上的顏色而定，當頁面上的顏色非常單一時使用使用專色印刷。由于專色印刷采用的是按照不同顏色需求的專色油墨，這種專色油墨一般由印刷廠預先混合好，也可以由油墨廠事先生產好，具有色彩鮮艷、明亮、清晰的顯著特點，這個優點是四原色油墨沒法比擬的，比如，銀色、金色、螢光色和一些鮮艷的顏色，使用四原色油墨的效果就不夠理想。簡言之，專色印刷的突出特點是顏色更精確。實踐中，在印刷顏色精度要求比較高的地方，像公司標志、各種LOGO等，都使用專色油墨。而在六色、八色和十色等多色印刷中，往往使用的是由青藍、品紅、黃色和黑色調配而成的油墨，其中一些小的重要的部分也采用一些專色油墨，這樣既可以節約成本，還可以使彩色印刷圖像更加逼真，達到使用要求。 至于印刷行業中的“分色”專有名詞，指的是把原來圖像上的多種顏色細化分解為黃色、品紅色、青色和黑色四種印刷原色。

2 印刷圖像的數字化

利用印刷圖像檢測系統在計算機上處理圖像必須是數字圖像。在把印刷圖像轉化成數字圖像的過程中，必須關注屏幕顯示、打印機輸出、印刷復制等所能表現的顏色范圍，也就是圖像學中的色域的涵義，即一種表色模式所能表達的顏色數量所構成的范圍和區域。自然界中，可見光的顏色構成了最大的色域空間，人的眼睛所能看到的所有顏色都在這個色域空間中。經常提到的24bi色彩模式色域空間最大，它是基于人的眼睛識別的顏色而建立，與設備無關，其是L、a、b 三個分量分別代表 Luminance 通道（亮度）通道、a（紅到綠）通道和 b（黃到藍）通道，而RGB色彩模式是由 Red，Green，Blue 三原色組成的色彩模式，色域空間居于第二的位置，此外CMYK 的色域空間最小，也就是說在RGB色彩模式下能夠表達的顏色，當轉換為 CMYK模式后，大大超出了 CMYK 所能表達的顏色范圍。Lab色域空間包含了 RGB、CMYK 中所有的顏色。因此，圖像由 RGB 色彩模式轉為CMYK 色彩模式時，圖像上的一顏色會變暗，因此一些不能表達的顏色就只能用相近的顏色來代替。一般情況下，通過照相機或掃描儀獲得的圖像為 RGB模式，如果要印刷的話，必須先進行分色。

對印刷質量的好壞如何進行檢測，需要先將印刷圖像轉換為數字圖像，也就是把CMYK格式圖像轉換為RGB格式圖像，這是與分色過程相反的。由于CMYK格式圖像的色域空間比RGB格式圖像的色域空間要小，所以在轉化的過程中，一般不存在顏色損失的問題，而會有一些顏色不足，但完全不影響轉換后的檢測使用。如何轉換，通常采用的方法是利用數碼照相機拍照，或者利用掃描儀選擇高畫質模式進行掃描，無論采取哪種方法，所轉換來的圖像都是RGB格式的，以8位灰度像素或24、32位真彩色像素的位映像格式存儲，完全適用于后續在計算機上進行分析檢測等各種處理。隨著照相機的更新換代，出現了3CCD 相機，這種照相機能夠把 R、G、B 信號按照三個通道分別輸出，大大提高了印刷圖像數字化的速度和效果。

3 建立健全印刷圖像采集質量的評定標準

把印刷圖像轉換成可供計算機處理的數字化圖像質量如何，決定著后續處理的質量和使用質量。從影響圖像質量的因素看，主要有相機光敏元件特性、照明情況、鏡頭調節、光路方向，包括印刷機運行平穩性、工業環境噪聲等，都會影響到圖像的質量。圖像采集后，使用計算機對圖像進行處理，處理的程度是按一定的算法進行運算的，計算機本身是個機器，只有按照事先約定的程序，才能獲得較好持數字化圖像。所以，建立起對采集到的原始圖像進行數字化處理的基本標準重要而又必要。

對圖像質量的判定方法一般有兩種，一種是客觀判定法，另一種是主觀判定法。客觀判定法是通過一些物理的方法對圖像的特點和特性進行度量，用度量得到的數值來評判；主觀判定法是一個人依據某個標準或者樣品直接觀察圖像，以自己的主觀感受來評判。為了給計算機后續處理提供質量更好的圖像，在采集印刷圖像時必須按照標準對其進行認真的判定，這個過程不是為了滿足人眼對圖像的主觀視覺感受，而是為了提高印刷圖像的數字化處理質量。因此說，需要建立的判定標準是客觀的判定標準。利用計算機印刷質量檢測系統對圖像處理，以找出圖像中存在的色差、偏差、斑點、斑痕等缺陷為目的，系統會自動對圖像中各個像素點的灰度值和色度值，以及灰度分布情況進行檢測。因此，探尋在線采集印刷圖像的判定標準，可以針對以上過程和特征，以及照相機的具體參數標定來制訂，具體應把握好以下四個方面：

首先，要檢測好套印偏差。套印偏差是在印刷過程中不同顏色過渡區出現了顏色混合、重疊或覆蓋，導致在圖像色彩區域邊緣出現了模糊影像。產生套印偏差的原因，是不同顏色的印刷區域在位置上出現偏移造成的。在印刷過程中，由于油墨的質量檔次不同，在不同印刷材質上的穿透性也就不同，加之印刷的工藝和印刷工人的手法精度存在差異，還有圖像采集時室內的光線強弱原因，也會產生一定的模糊邊緣，所以，顏色過渡區的存在是在所難免的。因此，為了計算機后續處理能夠得到更加清晰的印刷圖像，要在采集印刷圖像時，對色彩過渡區的寬度進行限制，看看哪些符合標準要求，哪些不符合，對不符合標準要求的要舍棄掉。一般情況下，處理圖像的可識別尺寸要滿足 3至4個像素寬度，可以限制該色彩過渡區寬度固定在 2 個像素以下，這樣就能不淹沒檢測目標了。在這個過程中，可以通過對滿足印刷質量要求的圖像進行離線分析，來判斷是否符合標準。

其次，要搞好色差檢測。一幀標準較高的印刷圖像，其顏色應該是逼真度高、色度和灰度分布均勻、不同顏色區域對比鮮明、邊界清晰的圖像，這樣的圖像在色度和灰度上與標準圖像相比較，其差異在一定范圍之內，不是明十分明顯的。由于印刷工藝、CCD靶面工藝、照明不均勻、印刷材料顏色等因素的影響，一些色差問題經常會出現。因此，將印刷圖像進行數字化時，一定要檢測好色差。檢測色差的過程，就是找出標準樣本顏色與印刷顏色存在差別的過程，重點是對圖像中一個顏色區域內的色度灰度的分布均勻程度進行判定、檢測和調整。計算機在處理算法中，往往是對色度或灰度差的規定閾值來確定該差異，并通過對采集的圖像進行離線的算法，進行認真的試驗分析來標定具體閾值。

第三，要做好印刷缺陷檢測。在使用印刷圖像檢測系統時，對印刷過程中產生的條痕、刀絲和斑點等瑕疵缺陷，要給予關注，搞好檢測，要篩選出最小尺寸的缺陷以滿足圖像處理要求。圖像中最小尺寸缺陷的確定應充分考慮多種因素，比如圖像的實際尺寸、圖像的分辨率、計算機的處理算法等等。圖像分辨率是指照相機單位象素所對應圖像的實際長度，這是印刷圖像檢測的明顯特點。不同產品的印刷對檢測精度的要求也是不同的，一般對缺陷尺寸的識別精度要求達到 0.15mm×0.4mm以上，圖像分辨率為 0.1mm/pixel左右，因此對于區域目標識別的基本要求是目標尺寸要達到 1.5×4 個像素以上。在采集圖像的過程中，由于邊緣模糊效應使得圖像缺陷尺寸可能會在一定程度上放大，因此，在對圖像進行

數字化處理時，可以對缺陷尺寸的精度要求適當放低一些，比如，對那些線狀缺陷的缺陷寬度尺寸可以放寬到 3～4 個像素。通常情況下，計算機在進行圖像處理時需要采用增強算法來提高圖像質量。無論是銳化算法還是濾波算法，多數情況下都會對缺陷尺寸造成影響，使缺陷尺寸縮小，因此可以將最小缺陷尺寸設定為 2～3 個像素比較合理。除此之外，在可以實際的情況下，也可以根據客戶的要求設定一定寬度的像素。

第四，控制相機標定對圖像質量的影響。相機標定對圖像質量的影響很大，這是由硬件器材的先天決定的，包括光圈大小、白平衡、曝光時間等，都是影響圖像質量的重要因素。從照相理論上看，白平衡是彩色相機的重要參數設定，通過調整平衡可以使照相機輸出信號中R、G、B 三路信號比率的保持穩定，這樣就可以在不同條件下獲得相同的輸出信號，確保獲得的圖像顏色不失真。正常情況下，對一個純白色的物體進行拍照，信號的比率應該是1：1：1，而照相機的白平衡設置一般多采用自動功能，自動白平衡功能又分為連續方式和按鈕方式。連續方式白平衡范圍為2800～6000K，多適用于景物色溫在成像期間不斷變化的場景，但當景物色溫很少發生變化或者沒有白色時，連續方式白平衡不能產生最好的色彩效果。按鈕方式白平衡的范圍一般為 2300K～10000K，設置方式雖然精確可靠，但對照相者水平要求較高，沒有連續方式那樣易于掌握。為了使圖像灰度均勻、亮度適度，并便于圖像的數字化處理，一般都輔助調整光圈和曝光時間，使獲得的圖像灰度值在128 左右，也就是使灰度等級處于中間區域。對印刷圖像進行在線采集中，圖像運動的速度很快，并且多使用散射光源，照明強度也不是很高。為了防止這些因素的影響，避免得到的圖像顏色太過暗淡，應該調節光圈到最大值的 2/3 左右，并保證充足的照明，為后續調整留有一定的余地。照相機曝光的時間越長，光敏元件上上射入的光線就越多，獲得的圖像亮度也就越高，反之圖像就會偏暗。從追求明亮圖像的角度講，需要讓照相機曝光的時間長一些。但曝光時間越長，圖像位移也會越大，圖像也會截止模糊。因此，對照相機曝光時間的設定，在保證不出現明顯運動模糊的情況下，可以適當延長曝光時間。