辽宁省新闻出版学校 杨立新

印刷图像在线检测的数字化分析

辽宁省新闻出版学校 杨立新

【摘要】印刷图像的数字化处理，是将生产线上采集到的印刷图像输入到计算机后进行编辑处理，使得图像的视觉效果特别是内在质量得到显著提高的过程，数字化处理后，为后续图像应用提供较好的质量标准。

【关键词】印刷图像；数字化图像；处理检测

在印刷流程中，离不开印刷图像与数字图像的转换，二者虽然都是图像，但有着非常大的不同。使用计算机上的在线检测系统处理图像，必须首先将印刷图像转化而成数字图像，这是系统的要求。为了使采集的过程和转换的结果有一个统一的标准，本篇文章通过对影响印刷图像采集质量的各方面原因进行深入分析，进而形成了一个具有较强针对性和方向性的图像质量评判标准。

1 印刷图像的基本内涵

印刷图像是由人根据一定的色彩要求，通过加工组合而生成的图像，它与人眼视觉中的自然图像和计算机中的数字图像有很大的差别。印刷中的彩色图像一般由印刷四原色（CMYK），即青蓝（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）和黑色（Black）四种颜色的油墨，按照不同的要求组合而成的，在全彩色印刷中，常用的是四原色，但也有的进行专色油墨印刷，这要看页面上的颜色而定，当页面上的颜色非常单一时使用使用专色印刷。由于专色印刷采用的是按照不同颜色需求的专色油墨，这种专色油墨一般由印刷厂预先混合好，也可以由油墨厂事先生产好，具有色彩鲜艳、明亮、清晰的显著特点，这个优点是四原色油墨没法比拟的，比如，银色、金色、萤光色和一些鲜艳的颜色，使用四原色油墨的效果就不够理想。简言之，专色印刷的突出特点是颜色更精确。实践中，在印刷颜色精度要求比较高的地方，像公司标志、各种LOGO等，都使用专色油墨。而在六色、八色和十色等多色印刷中，往往使用的是由青蓝、品红、黄色和黑色调配而成的油墨，其中一些小的重要的部分也采用一些专色油墨，这样既可以节约成本，还可以使彩色印刷图像更加逼真，达到使用要求。 至于印刷行业中的“分色”专有名词，指的是把原来图像上的多种颜色细化分解为黄色、品红色、青色和黑色四种印刷原色。

2 印刷图像的数字化

利用印刷图像检测系统在计算机上处理图像必须是数字图像。在把印刷图像转化成数字图像的过程中，必须关注屏幕显示、打印机输出、印刷复制等所能表现的颜色范围，也就是图像学中的色域的涵义，即一种表色模式所能表达的颜色数量所构成的范围和区域。自然界中，可见光的颜色构成了最大的色域空间，人的眼睛所能看到的所有颜色都在这个色域空间中。经常提到的24bi色彩模式色域空间最大，它是基于人的眼睛识别的颜色而建立，与设备无关，其是L、a、b 三个分量分别代表 Luminance 通道（亮度）通道、a（红到绿）通道和 b（黄到蓝）通道，而RGB色彩模式是由 Red，Green，Blue 三原色组成的色彩模式，色域空间居于第二的位置，此外CMYK 的色域空间最小，也就是说在RGB色彩模式下能够表达的颜色，当转换为 CMYK模式后，大大超出了 CMYK 所能表达的颜色范围。Lab色域空间包含了 RGB、CMYK 中所有的颜色。因此，图像由 RGB 色彩模式转为CMYK 色彩模式时，图像上的一颜色会变暗，因此一些不能表达的颜色就只能用相近的颜色来代替。一般情况下，通过照相机或扫描仪获得的图像为 RGB模式，如果要印刷的话，必须先进行分色。

对印刷质量的好坏如何进行检测，需要先将印刷图像转换为数字图像，也就是把CMYK格式图像转换为RGB格式图像，这是与分色过程相反的。由于CMYK格式图像的色域空间比RGB格式图像的色域空间要小，所以在转化的过程中，一般不存在颜色损失的问题，而会有一些颜色不足，但完全不影响转换后的检测使用。如何转换，通常采用的方法是利用数码照相机拍照，或者利用扫描仪选择高画质模式进行扫描，无论采取哪种方法，所转换来的图像都是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储，完全适用于后续在计算机上进行分析检测等各种处理。随着照相机的更新换代，出现了3CCD 相机，这种照相机能够把 R、G、B 信号按照三个通道分别输出，大大提高了印刷图像数字化的速度和效果。

3 建立健全印刷图像采集质量的评定标准

把印刷图像转换成可供计算机处理的数字化图像质量如何，决定着后续处理的质量和使用质量。从影响图像质量的因素看，主要有相机光敏元件特性、照明情况、镜头调节、光路方向，包括印刷机运行平稳性、工业环境噪声等，都会影响到图像的质量。图像采集后，使用计算机对图像进行处理，处理的程度是按一定的算法进行运算的，计算机本身是个机器，只有按照事先约定的程序，才能获得较好持数字化图像。所以，建立起对采集到的原始图像进行数字化处理的基本标准重要而又必要。

对图像质量的判定方法一般有两种，一种是客观判定法，另一种是主观判定法。客观判定法是通过一些物理的方法对图像的特点和特性进行度量，用度量得到的数值来评判；主观判定法是一个人依据某个标准或者样品直接观察图像，以自己的主观感受来评判。为了给计算机后续处理提供质量更好的图像，在采集印刷图像时必须按照标准对其进行认真的判定，这个过程不是为了满足人眼对图像的主观视觉感受，而是为了提高印刷图像的数字化处理质量。因此说，需要建立的判定标准是客观的判定标准。利用计算机印刷质量检测系统对图像处理，以找出图像中存在的色差、偏差、斑点、斑痕等缺陷为目的，系统会自动对图像中各个像素点的灰度值和色度值，以及灰度分布情况进行检测。因此，探寻在线采集印刷图像的判定标准，可以针对以上过程和特征，以及照相机的具体参数标定来制订，具体应把握好以下四个方面：

首先，要检测好套印偏差。套印偏差是在印刷过程中不同颜色过渡区出现了颜色混合、重叠或覆盖，导致在图像色彩区域边缘出现了模糊影像。产生套印偏差的原因，是不同颜色的印刷区域在位置上出现偏移造成的。在印刷过程中，由于油墨的质量档次不同，在不同印刷材质上的穿透性也就不同，加之印刷的工艺和印刷工人的手法精度存在差异，还有图像采集时室内的光线强弱原因，也会产生一定的模糊边缘，所以，颜色过渡区的存在是在所难免的。因此，为了计算机后续处理能够得到更加清晰的印刷图像，要在采集印刷图像时，对色彩过渡区的宽度进行限制，看看哪些符合标准要求，哪些不符合，对不符合标准要求的要舍弃掉。一般情况下，处理图像的可识别尺寸要满足 3至4个像素宽度，可以限制该色彩过渡区宽度固定在 2 个像素以下，这样就能不淹没检测目标了。在这个过程中，可以通过对满足印刷质量要求的图像进行离线分析，来判断是否符合标准。

其次，要搞好色差检测。一帧标准较高的印刷图像，其颜色应该是逼真度高、色度和灰度分布均匀、不同颜色区域对比鲜明、边界清晰的图像，这样的图像在色度和灰度上与标准图像相比较，其差异在一定范围之内，不是明十分明显的。由于印刷工艺、CCD靶面工艺、照明不均匀、印刷材料颜色等因素的影响，一些色差问题经常会出现。因此，将印刷图像进行数字化时，一定要检测好色差。检测色差的过程，就是找出标准样本颜色与印刷颜色存在差别的过程，重点是对图像中一个颜色区域内的色度灰度的分布均匀程度进行判定、检测和调整。计算机在处理算法中，往往是对色度或灰度差的规定阈值来确定该差异，并通过对采集的图像进行离线的算法，进行认真的试验分析来标定具体阈值。

第三，要做好印刷缺陷检测。在使用印刷图像检测系统时，对印刷过程中产生的条痕、刀丝和斑点等瑕疵缺陷，要给予关注，搞好检测，要筛选出最小尺寸的缺陷以满足图像处理要求。图像中最小尺寸缺陷的确定应充分考虑多种因素，比如图像的实际尺寸、图像的分辨率、计算机的处理算法等等。图像分辨率是指照相机单位象素所对应图像的实际长度，这是印刷图像检测的明显特点。不同产品的印刷对检测精度的要求也是不同的，一般对缺陷尺寸的识别精度要求达到 0.15mm×0.4mm以上，图像分辨率为 0.1mm/pixel左右，因此对于区域目标识别的基本要求是目标尺寸要达到 1.5×4 个像素以上。在采集图像的过程中，由于边缘模糊效应使得图像缺陷尺寸可能会在一定程度上放大，因此，在对图像进行

数字化处理时，可以对缺陷尺寸的精度要求适当放低一些，比如，对那些线状缺陷的缺陷宽度尺寸可以放宽到 3～4 个像素。通常情况下，计算机在进行图像处理时需要采用增强算法来提高图像质量。无论是锐化算法还是滤波算法，多数情况下都会对缺陷尺寸造成影响，使缺陷尺寸缩小，因此可以将最小缺陷尺寸设定为 2～3 个像素比较合理。除此之外，在可以实际的情况下，也可以根据客户的要求设定一定宽度的像素。

第四，控制相机标定对图像质量的影响。相机标定对图像质量的影响很大，这是由硬件器材的先天决定的，包括光圈大小、白平衡、曝光时间等，都是影响图像质量的重要因素。从照相理论上看，白平衡是彩色相机的重要参数设定，通过调整平衡可以使照相机输出信号中R、G、B 三路信号比率的保持稳定，这样就可以在不同条件下获得相同的输出信号，确保获得的图像颜色不失真。正常情况下，对一个纯白色的物体进行拍照，信号的比率应该是1：1：1，而照相机的白平衡设置一般多采用自动功能，自动白平衡功能又分为连续方式和按钮方式。连续方式白平衡范围为2800～6000K，多适用于景物色温在成像期间不断变化的场景，但当景物色温很少发生变化或者没有白色时，连续方式白平衡不能产生最好的色彩效果。按钮方式白平衡的范围一般为 2300K～10000K，设置方式虽然精确可靠，但对照相者水平要求较高，没有连续方式那样易于掌握。为了使图像灰度均匀、亮度适度，并便于图像的数字化处理，一般都辅助调整光圈和曝光时间，使获得的图像灰度值在128 左右，也就是使灰度等级处于中间区域。对印刷图像进行在线采集中，图像运动的速度很快，并且多使用散射光源，照明强度也不是很高。为了防止这些因素的影响，避免得到的图像颜色太过暗淡，应该调节光圈到最大值的 2/3 左右，并保证充足的照明，为后续调整留有一定的余地。照相机曝光的时间越长，光敏元件上上射入的光线就越多，获得的图像亮度也就越高，反之图像就会偏暗。从追求明亮图像的角度讲，需要让照相机曝光的时间长一些。但曝光时间越长，图像位移也会越大，图像也会截止模糊。因此，对照相机曝光时间的设定，在保证不出现明显运动模糊的情况下，可以适当延长曝光时间。