彩色印刷套准识别方法研究
于丽杰 1，2，李德胜2
【摘 要】套准状态的自动识别是实现套印偏差在线检测的关键一步，研究了套印标志图像的特征提取方法，在图像颜色特征提取方面，提出了一种接近人的视觉模型（HSI）的颜色特征提取方法，减少了光照的影响；在图像纹理特征提取方面，将灰度共生矩阵在0°、45°、90°和135°四个方向上的特征参数求均值作为最终参数，抑制了方向分量，使得到的纹理特征与方向无关。设计了最小距离分类器进行分类识别，并应用不同距离测度进行分类对比实验，分类实验结果表明：提出的方法可行，基于纹理特征参数的分类效果优于颜色特征的分类。
【期刊名称】计算机工程与应用 【年(卷),期】2011(047)005 【总页数】4
【关键词】套准状态；特征提取；识别方法
1 引言
工业的彩色胶印技术采用多种原始颜色逐色印刷合成彩色的原理，套印精度是检验印刷机和印品质量的重要指标[1]。国内的彩色胶印机普遍应用叠印式套印标记，如图1（a）所示，将套印的各种颜色依次套印在印品的统一位置上，最后通过检测各色套印色标的重合程度，来检测套印偏差。青色（C）、品红（M）、黄色（Y）和黑色（B）是四色胶印机中常用的4种颜色，理论上可以产生15种状态，即四色完全不重叠、两色完全重叠、三色完全重叠以及四色完全重叠的套印状态，四色完全重叠的套印状态称为套准。
国外主要印刷机品牌多采用自动套准检测技术，如德国海德堡公司的自动套准控制系统CPC4[2]，其自动套准精度为0.05 mm，广泛应用在单张纸胶印机上，但其核心技术保密。我国目前也开展了相关技术的研究，但多集中在检测装置的设计、控制方式的选择等方面[3]，已有自动检测方法普遍采用分离图案的套印标记，通过检测标记图案之间的距离变化估算套印偏差[4]。文献[5]提出了基于计算机视觉的检测方法，通过摄像机对套印标记图像采集，应用图像处理技术分析套印状况，如果套印准确，如图1（a）所示，表示印刷机套准系统工作良好，不需要进行调整；如果套印不准确，如图1（b）所示，则需要分离各原色标，通过各色标的位置信息计算套印偏差值，驱动控制装置调整印版和滚筒，实现套印过程的自动检测控制。在分析、计算套印偏差时首先要识别是否套准状态，应用图像处理的方法快速识别套准状态是实现在线套印偏差检测的关键步骤。
在已有研究基础上，针对重叠式套印标记的套准状态识别问题，研究了套印标志图像的特征提取方法，在图像颜色特征提取方面，提出了一种接近人的视觉模型（HSI）的颜色特征提取方法，减少了光照的影响；在图像纹理特征提取方面，将灰度共生矩阵在0°、45°、90°和135°四个方向上的特征参数求均值作为最终参数，抑制了方向分量，使得到的纹理特征与方向无关。设计了最小距离分类器进行分类识别，并应用不同距离测度进行分类对比实验，分类实验结果表明：提出的方法可行，基于纹理特征参数的分类效果优于颜色特征的分类。
2 检测识别流程
首先通过摄像机获取套印标记图像，对图像进行预处理，提取图像的颜色特征
参数和纹理特征参数，然后对照标准套准状态的样张图像的特征参数分析，识别该标记图像的套准状态，检测算法流程如图2所示。
3 图像识别中颜色模型的选择
图像采集系统获取的图像是24位RGB真彩色格式，RGB颜色空间是面向硬件设备的，各分量间高度耦合，物理意义明确但缺乏直感。HIS颜色空间是另一个常用的颜色空间，HIS颜色空间把图像的颜色信息和亮度信息分离开，更符合人类的视觉生理特性，而且各分量间相互独立，避免了颜色表示分量间相互耦合。HSI模型各分量可以根据下面公式[6]计算得到：
4 图像特征提取
4.1 颜色特征
彩色印刷油墨的色料遵循相减混色原理，Y、M、C三色在理论上几乎可以合成所有颜色，但是通过Y、M、C混合产生的黑色纯度不够，还会引起局部油墨过多的问题，因此印刷中引入单独的黑色分量。对于叠印式的套印标记，当套印准确时呈现最后印刷的原色色标图像，套印误差出现时呈现彩色图案，如图1所示，因此可以通过分析图像的颜色特征实现套准识别。
Stricker和Orengo提出了颜色矩的方法[7]，颜色矩是一种简单有效的颜色特征表示法，有一阶矩（均值，mean）、二阶矩（标准差，variance）和三阶矩（斜度，skewness）等，颜色矩被证明可以很有效地表示图像中的颜色分布。计算每一个颜色通道的前三阶矩。记第i通道的第 j个像素值为 fij，N为总像素数目，则该通道的颜色矩为：
采用HSI颜色空间，为了消除光照的影响，只对S和H分量进行分析，组成一个6维向量，图像的颜色特征参数表示如下：
彩色印刷套准识别方法研究
