“全息防偽印刷質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)方法

呂偉，石俊民

（1.深圳勁嘉集團(tuán)股份有限公司，深圳 518057；2. 北京弘浩千瑞科技有限公司，北京 102209）

“全息防偽印刷質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)方法

呂偉1，石俊民2

（1.深圳勁嘉集團(tuán)股份有限公司，深圳 518057；2. 北京弘浩千瑞科技有限公司，北京 102209）

全息防偽材料的隨角變色性導(dǎo)致其印刷圖像質(zhì)量難以檢測(cè)和控制。通過(guò)顯微分析全息防偽材料表面微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)合材料特有的光學(xué)特性，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)整體方案，包括圖像采集單元，圖像處理單元，通訊與輸入輸出單元。圖像處理與分析模塊是檢測(cè)系統(tǒng)的核心功能模塊，通過(guò)軟件對(duì)輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化計(jì)算，并與標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，輸出運(yùn)算結(jié)果。系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)功能，對(duì)印刷產(chǎn)品的細(xì)小缺陷能夠自動(dòng)識(shí)別并補(bǔ)充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)修訂標(biāo)準(zhǔn)圖像參數(shù)。項(xiàng)目提出新型印刷圖像在線檢測(cè)系統(tǒng)方案，能有效解決了現(xiàn)有印刷質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)的圖像處理與數(shù)據(jù)傳輸不適合全息防偽印刷的問(wèn)題。

全息材料；防偽印刷；在線監(jiān)測(cè)

全息防偽印刷是以全息防偽材料為承印物的印刷技術(shù)。全息防偽材料是以塑料薄膜或紙為基材，其上有全息圖案，具有防偽功能的新型材料，包括全息鍍鋁膜、全息透明上光膜、全息燙金紙、全息轉(zhuǎn)移紙等[1]。全息防偽材料不僅具有防偽功能，而且其色彩澤麗，在包裝印刷中得到廣泛應(yīng)用，全息防偽印刷已成為產(chǎn)品防偽包裝及提高產(chǎn)品檔次的最佳解決方案，國(guó)內(nèi)不少高檔煙酒產(chǎn)品都采用全息防偽材料包裝。

但全息防偽材料的隨角變色性導(dǎo)致其印刷圖像質(zhì)量難以檢測(cè)和控制，如顏色失真、漏印、沾污等常見(jiàn)印刷圖像質(zhì)量問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)印刷質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)是基于普通紙張研發(fā)，不適合全息防偽印刷質(zhì)量的在線檢測(cè)，導(dǎo)致全息防偽印刷品質(zhì)量無(wú)法得到保證，極大的制約全息防偽印刷行業(yè)的發(fā)展。

目前大多數(shù)印刷企業(yè)對(duì)全息防偽印刷品主要采用人工在線肉眼監(jiān)視、通過(guò)監(jiān)視器對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)產(chǎn)品隨機(jī)抽樣定格檢查、印后人工復(fù)查等幾種方法來(lái)檢測(cè)和控制印刷質(zhì)量。人工在線肉眼檢測(cè)，只能適合印刷機(jī)低速生產(chǎn)，速度超過(guò)70米/分鐘，肉眼無(wú)法識(shí)別，同時(shí)很容易造成視覺(jué)疲勞。監(jiān)視器監(jiān)控并隨機(jī)抽樣檢查方法，屬于隨機(jī)性抽檢，存在漏檢的可能性，無(wú)法全面保證產(chǎn)品的品質(zhì)。產(chǎn)品印刷完成后人工復(fù)檢，可以保證交付給客戶的產(chǎn)品符合客戶品質(zhì)要求，但是由于生產(chǎn)已經(jīng)完成，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)已經(jīng)造成材料的浪費(fèi)，損失不能及時(shí)拯救和挽回。

1 全息防偽材料的光學(xué)特性研究

顯微分析全息防偽材料表面微觀結(jié)構(gòu)，分析不同類型全息防偽材料表面光柵的排列和光柵組成；并采用電鏡掃描儀分析不同全息轉(zhuǎn)移膜，如BOPP、PVC、OPP與PET的表面微觀結(jié)構(gòu)的組成與排列，并分析不同轉(zhuǎn)移膜所形成的衍射光柵對(duì)印刷圖像質(zhì)量檢測(cè)的影響。

根據(jù)全息防偽材料表面微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，分析不同光柵結(jié)構(gòu)和不同光柵排列方法對(duì)衍射光柵偏移量的影響，并研究衍射光柵所轄區(qū)域的空間色彩變化情況；依據(jù)全息防偽材料衍射光柵結(jié)構(gòu)與光柵衍射原理，從理論上分析全息防偽材料表面光學(xué)特性，并根據(jù)光學(xué)原理建立相應(yīng)的全息防偽材料表面反射變化的數(shù)學(xué)模型。分析全息防偽材料表面衍射光柵的呈色機(jī)理對(duì)鐳射紙表面印刷圖像探測(cè)的影響，為全息防偽印刷的在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)研究提供理論依據(jù)。

2 檢測(cè)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)全息防偽材料的分析，結(jié)合材料特有的光學(xué)特性，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括圖像采集單元，圖像處理單元，通訊與輸入輸出單元。其中：圖像采集單元通過(guò)掃描完成印刷圖像的數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)傳送到圖像處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；圖像處理單元依據(jù)設(shè)定的產(chǎn)品品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，將接收到的印刷圖像數(shù)據(jù)信息處理運(yùn)算，輸出運(yùn)算結(jié)果；通訊與輸入單元完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)調(diào)各個(gè)單元完成相關(guān)的工作，接收操作人員的輸入指令以及印刷設(shè)備上的相關(guān)控制信號(hào)，同時(shí)也可以向操作人員反饋運(yùn)算結(jié)果信號(hào)以及向印刷機(jī)發(fā)出控制調(diào)整信號(hào)。

首先基于全息防偽材料的光學(xué)特性研究圖像處理算法消除全息防偽材料衍射光對(duì)印刷圖像數(shù)字化的影響。考慮印刷圖像在線檢測(cè)的大數(shù)據(jù)量、大運(yùn)算量、耗時(shí)及圖像檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求等特點(diǎn)，建立一個(gè)簡(jiǎn)單易行的運(yùn)動(dòng)圖像采集標(biāo)準(zhǔn)，并基于此標(biāo)準(zhǔn)研究彩色圖像的在線檢測(cè)實(shí)現(xiàn)算法。研究印刷圖像質(zhì)量分類的圖像識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)高精度、高速度的圖像質(zhì)量判斷以及圖像質(zhì)量問(wèn)題判斷。研究高速采集的圖像數(shù)據(jù)流的圖像運(yùn)算、存儲(chǔ)、傳輸與管理方法。

圖像采集模塊主要包括圖像傳感器、圖像數(shù)據(jù)傳輸控制和光源系統(tǒng)，主要完成印刷圖像的在線數(shù)據(jù)采集。光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)為光源腔結(jié)構(gòu)，用于消除全息材料反射引起的掃描信號(hào)偏差。圖像處理模塊完成圖像采集模塊傳回的圖像數(shù)據(jù)的處理工作。將圖像數(shù)據(jù)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像閾值進(jìn)行對(duì)比，判斷印刷圖像是否存在質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)執(zhí)行模塊輸出處理結(jié)果。如印刷品顏色出現(xiàn)偏差，發(fā)出控制調(diào)整信號(hào)調(diào)整印刷機(jī)水墨位，從而實(shí)現(xiàn)印刷品色差的調(diào)整。系統(tǒng)控制模塊對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行流程管控，通過(guò)人機(jī)交互設(shè)計(jì)完成對(duì)系統(tǒng)的管理，相關(guān)信息可以在輸出端顯示器實(shí)時(shí)顯示。

圖像處理與分析模塊是檢測(cè)系統(tǒng)的核心功能模塊，通過(guò)軟件對(duì)輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化計(jì)算，并與標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，輸出運(yùn)算結(jié)果。系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)功能，對(duì)印刷產(chǎn)品的細(xì)小缺陷能夠自動(dòng)識(shí)別并補(bǔ)充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)修訂標(biāo)準(zhǔn)圖像參數(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息不斷完善和分析，總結(jié)產(chǎn)品缺陷類型，為操作人員和管理人員全面了解產(chǎn)品品質(zhì)提供資料。

3 采用的方法

（1）顯微分析全息防偽材料表面微觀結(jié)構(gòu)，并基于信息光學(xué)理論分析全息防偽材料的光學(xué)特性。

（2）針對(duì)全息防偽印刷圖像的特點(diǎn)，采用數(shù)字圖像處理算法對(duì)印刷圖像預(yù)處理中的彩色圖像的灰值化、圖像對(duì)比度增強(qiáng)、閾值分割、運(yùn)動(dòng)模糊的消除等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理方法和算法進(jìn)行了研究，如采用分段線性轉(zhuǎn)換算法或直方圖處理算法來(lái)提高灰度圖像對(duì)比度，考慮基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論來(lái)研究印刷圖像的運(yùn)動(dòng)模糊消除算法。

（3）從特征空間的選擇與特征提取、相似性測(cè)度的選擇、搜索空間和搜索策略的選擇等幾個(gè)方面對(duì)印刷圖像的配準(zhǔn)算法進(jìn)行了研究，如基于灰度形態(tài)學(xué)研究全息防偽印刷圖像的邊緣提取算法。

4 技術(shù)路線及工藝流程

技術(shù)路線及工藝流程如圖1。

圖1 技術(shù)路線及工藝流程

5 項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新突破點(diǎn)

（1）全息防偽印刷圖像的光學(xué)特性及呈色機(jī)理分析，為全息防偽印刷圖像處理提供理論依據(jù)。

（2）設(shè)計(jì)全息防偽印刷圖像的采集光路，包括光源和相機(jī)類型的選擇、照明和探測(cè)光路的設(shè)計(jì)等，可解決現(xiàn)有印刷圖像質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)不能準(zhǔn)確獲取全息防偽印刷圖像的問(wèn)題。

（3）建立客觀有效的全息防偽印刷圖像質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)并提出一整套的全息印刷圖像處理方法，如全息印刷真彩色圖像灰值化方法；全息印刷圖像運(yùn)動(dòng)模糊定向補(bǔ)全算法和全息印刷圖像最佳閾值分割算法等。

（4）提出新型印刷圖像在線檢測(cè)系統(tǒng)方案，能有效解決了現(xiàn)有印刷質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)的圖像處理與數(shù)據(jù)傳輸不適合全息防偽印刷的問(wèn)題。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)全息防偽印刷品質(zhì)量在線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，完善圖像檢測(cè)系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)，研究新的全息防偽印刷圖像配準(zhǔn)算法，不僅可以大大提高全息防偽材料印刷品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，而且大幅度地節(jié)省勞動(dòng)力，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并填補(bǔ)了技術(shù)空白，對(duì)提高我國(guó)包裝印刷行業(yè)技術(shù)現(xiàn)代化水平有著重要意義。

[1] GB/T22467.3-2008，防偽材料通用技術(shù)條件 第3部分：防偽膜[S].

Implementation Method of On - line Quality Inspection System for Anti - counterfeiting Printing on Holographic Material

LYU Wei, SHI Jun-min

Holographic anti-counterfeiting materials with the color discoloration of the printed image quality is diff i cult to detect and control. Through the microscopic analysis of the microstructure of holographic anti - falsif i cation materials, combined with the unique optical properties of materials, the overall design of the detection system, including image acquisition unit, image processing unit, communication and input and output unit. The image processing and analysis module is the core function module of the detection system. The input image data is systematically calculated by software, and compared with the standard image data, the operation result is output. The system has a self-learning function, the small defects in printed products can be automatically identif i ed and added to the database, while revising the standard image parameters. Project put forward a new printing image online detection system program,can effectively solve the existing printing quality online detection system, image processing and data transmission is not suitable for holographic security printing.

holographic materials; anti - counterfeiting printing; on - line inspection system

TS853+.6

A

1400 (2017) 10-0051-03

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.10.003

呂偉（1971-），男（漢族），深圳勁嘉集團(tuán)股份有限公司副總經(jīng)理，碩士。二十余年包裝印刷行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，主要從事技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理以及設(shè)備管理工作。