基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控方法和装置 【技术领域】
本发明涉及一种印刷行业中电子雕刻制版质量检测方法和装置，特别的涉及一种基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控方法和装置。
背景技术
印刷作为现代加工服务业，涵盖食品包装、人革、卷烟包装、建筑家居装饰材料、地板材料、布料等广泛领域，对我国精神文明的建设及国民经济的发展起到十分重要的推动作用。随着电子雕刻机的发展，作为四大印刷方式之一的凹版印刷在印刷业的地位得到了显著的提高，而凹版印刷的制版质量主要表现在网穴的三维几何形状、表面的光洁度以及网穴的空间分布，由于网穴往往是非规则形状，对其自动测量存在许多难点，目前雕刻制版质量的检测方法多采用人工肉眼判读的方式和使用网穴深度测量仪，其中人工检测难免会带来人为主观因素增加、对操作工人技能和经验要求高以及难以实现在线监控等不足，而网穴深度测量仪只能离线检测网穴深度，难以实现在线质量监控。因此，为了保证电子雕刻制版高质量和高效率，需要一套快速、准确的质量在线监控系统。
【发明内容】
本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种基于视觉的数字式电子雕刻质量制版在线监控方法和装置，利用双目机器视觉技术，实时获取辊筒上网穴的尺寸，容积，表面粗糙度，三维图像特性参数，在线监控电子雕刻机的运行状态。
本发明主要通过以下技术方案实现的：
一、一种基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控方法：
在线采集双视角下辊筒上的网穴图像，通过运用投影变换技术、小波消噪技术、CLAHE图像增强技术、灰度归一化技术、亚像素精度阈值处理技术、SIFT特征匹配技术、改进的种子增长法、动态规划匹配技术、三维成像技术实时获取辊筒上网穴的尺寸，容积，表面粗糙度，三维图像特性参数，根据特性参数的不同，采用不同的通讯方式经相应的通讯总线传输到运动控制中心，再通过这些参数与标准参数的比较，调整电子雕刻机运动状态和工作参数以及进行运动误差补偿，实现在线监控电子雕刻制版质量。
二、一种基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控装置：
它由网穴成像设备和基于网穴图像信息的在线质量评价模块两部分组成；其中，网穴成像设备包括弹簧防震片，随动机构，右底座，右竖杆，右连接夹，调焦机构，右CMOS摄像头，左CMOS摄像头，体式显微镜，横杆，左连接夹，左竖杆，左底座，弹簧防震片；左底座和右底座分别通过各自的弹簧防震片固定在随动机构顶面雕刻头的两侧；左竖杆和右竖杆底部分别固定在左底座和右底座上，左连接夹和右连接夹的一端分别套在左、右竖杆中，左连接夹和右连接夹的另一端安装在横杆的两端，横杆上安装能调节体式显微镜焦距的调焦机构，左CMOS摄像头和右CMOS摄像头分别安装在体式显微镜的目镜筒上，左CMOS摄像头和右CMOS摄像头分别通过信号线与基于网穴图像信息的在线质量评价模块相连接。
所述的基于网穴图像信息的在线质量评价模块，包括基于双核ADSP Blacfin561的嵌入式质量评价中心，PXI通讯控制中心，CAN通讯控制中心，USB通讯控制中心，液晶显示屏；基于双核ADSP Blacfin 561的嵌入式质量评价中心分别与PXI通讯控制中心，CAN通讯控制中心，USB通讯控制中心，液晶显示屏和两个CMOS摄像头经相应的数据线连接。
所述的基于双核ADSP Blacfin 561的嵌入式质量评价中心，包括图像采集控制子模块和图像处理子模块。
本发明具有的有益效果是：
本发明利用双目机器视觉的技术，在线监控电子雕刻机的试雕过程，实时、准确的检测凹印制版的质量，自动与标准质量要求进行比较，实现电子雕刻机运动状态和工作参数的调整以及运动误差补偿。同时提供一种结构简单、成本较低以及准确、高效的多通讯方式并存的在线监控装置，实现电子雕刻机的自动化试雕。
【附图说明】
图1是基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控装置安装示意图。
图2是基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控装置结构示意图。
图3是基于网穴图像信息的在线质量评价模块原理框图。
图4是图像采集子模块原理框图。
图5是USB控制子模块原理框图。
图6是CAN控制子模块原理框图。
图7是PXI控制子模块原理框图。
图8是图像处理模块的流程图。
图9是网穴表面粗糙度计算分层示意图。
图10是网穴第i层的俯视放大示意图。
图中：1、弹簧防震片，2、随动机构，3、右底座，4、右竖杆，5、右连接夹，6、调焦机构，7、右CMOS摄像头，8、左CMOS摄像头，9、体式显微镜，10、横杆，11、辊筒，12、左连接夹，13、左竖杆，14、左底座，15、弹簧防震片，16、雕刻头。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
在图1和图2中，基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控装置由网穴成像设备和基于网穴图像信息的在线质量评价模块两部分组成；其中，网穴成像设备包括弹簧防震片1，随动机构2，右底座3，右竖杆4，右连接夹5，调焦机构6，右CMOS摄像头7，左CMOS摄像头8，体式显微镜9，横杆10，左连接夹12，左竖杆13，左底座14，弹簧防震片15；左底座14和右底座3分别通过各自的弹簧防震片15、1固定在随动机构2顶面雕刻头16的两侧；左竖杆13和右竖杆4底部分别固定在左底座14和右底座3上，左连接夹12和右连接夹5地一端分别套在左、右竖杆13、4中，左连接夹12和右连接夹5的另一端安装在横杆10的两端，横杆10上安装能调节体式显微镜9焦距的调焦机构6，左CMOS摄像头8和右CMOS摄像头7分别安装在体式显微镜6的目镜筒上，左CMOS摄像头8和右CMOS摄像头7分别通过信号线与基于网穴图像信息的在线质量评价模块相连接。
图3中，所述的基于网穴图像信息的在线质量评价模块，包括基于双核ADSPBlacfin 561的嵌入式质量评价中心，PXI通讯控制子模块，CAN通讯控制子模块，USB通讯控制子模块，液晶显示屏，PXI通讯接口，CAN通讯接口，USB通讯接口；基于双核ADSP Blacfin 561的嵌入式质量评价中心分别与PXI通讯控制子模块，CAN通讯控制子模块，USB通讯控制子模块，液晶显示屏和两个CMOS摄像头经相应的数据线连接。所述的基于双核ADSP Blacfin 561的嵌入式质量评价中心，包括图像采集控制子模块和图像处理子模块。网穴的左右视图分别通过图像采集控制子模块控制左CMOS摄像头和右CMOS摄像头采集获取。在试雕前的调焦过程中，左右摄像头拍摄的视频图像直接传输到液晶显示屏显示。
图4显示了图像采集控制子模块和左右CMOS摄像头的连接关系，左右MT9P031CMOS芯片同时得到ADSP Blacfin 561的TRIGGER信号后，触发拍摄同一时刻的左右视图，接着传给ADSP Blacfin 561相应的行信号LINE、帧信号FRAME、时钟信号CLOCK和12位的数据信号D[0-12]实现网穴图像的传输。ADSP Blacfin 561接收到网穴图像数据后，图像处理模块进行相应的网穴图像处理和分析。根据分析后的结果不同，通过USB通讯方式、PXI通讯方式、CAN通讯方式三种不同的通讯方式经相应的通讯接口传输到相应的总线上。
图5中，USB通讯控制子模块主要包括ISP1581USB控制芯片，ISP1581USB控制芯片上的/CS、/RD、/WR、INT、AD0、AD<1-7>、DATA<0-15>接口分别和ADSP BF-561的/AMS1、/AOE、/AWE、PF3、/ABE3、A<2-8>、D<0-15>相连接，ISP1581USB控制芯片上的USBD-和USBD+与USB通讯接口相连接。图中箭头方向表示信号传输的方向。
图6中CAN通讯控制子模块主要包括SJA1000CAN控制芯片，两个6N137光电耦合器和TJA1040转换器。SJA1000CAN控制芯片的AD<0-7>、INT、WR、RD、CS分别和ADSP-BF561的D<0-7>、PF4、/AWE、/AOE、/AMS2连接，SJA1000CAN控制芯片的输入输出口RXD0和TXD0分别和6N137光耦相连，6N137光耦的另两端连接TJA1040转换器，TJA1040转换器上的CH和CL与CAN通讯接口连接。图中箭头方向表示信号传输的方向。
图7中PXI通讯控制子模块主要包括CY7C09449控制芯片，CY7C09449控制芯片的BE#[3]、ADR<2:14>、DQ<0:15>、RDY_OUT#、READ#、WRITE#、SELECT#分别和ADSP-BF561的AD<2>、AD<3:16>、D<0:15>、READ、/AOE、/AWE、/AMS3连接，CY7C09449控制芯片的AD<0:31>、C/BE[0:3]、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、IDSEL#、DEVSEL#、REQ#、GNT#、PEAR#、SERR#、NTA#与PXI接口相连。图中箭头方向表示信号传输的方向。
图8中图像处理模块的流程图，获得左右视图后，根据计算的特性参数不一样，分为三条流程，计算网穴面积，依次进行投影几何变换、小波消噪处理、CLAHE图像增强、灰度归一化、亚像素阈值处理、细节处理、计算网穴图像面积、转换同面积的虚拟圆、计算虚拟圆的实际半径；提取网穴轮廓依次进行投影几何变换、小波消噪处理、有限自适应直方图均衡化(CLAHE)图像增强、灰度归一化、亚像素阈值处理、细节处理、Canny边缘提取、模板匹配识别、判断网穴轮廓；计算网穴容积和表面粗糙度依次进行投影几何变换、小波消噪处理、CLAHE图像增强、灰度归一化、Fusiollo法图像校正、提取SIFT特征点、改进的种子增长法、分段动态规划匹配、三角化测量法、密集型重构法、获得三维图像信息、计算网穴容积和表面粗糙度。获得网穴的特性参数后，与标准特性参数比较，由雕刻运动控制中心调整雕刻运动状态。
图9显示的是网穴三维分层示意图，在计算表面粗糙度的时候，把网穴在深度方向分成nlevel(n≥10)。
图10显示的是第i层的俯视放大示意图，通过寻找该层上面的离中心轴最远的点和最近的点，计算出最远点和最近点间距值di。
装置的安装和调焦过程：在试雕前，首先按照图1的安装方式把基于视觉的数字式电子雕刻制版质量在线监控装置固定到电子雕刻机的随动机构2上，接着通过左连接夹12和右连接夹5的调节升降横杆，使得横杆略高于雕刻头16，通过调焦机构6调整好体式显微镜9的角度，使体式显微镜9的物镜中心轴对准检测网穴的中心，调节调焦机构6给体式显微镜9进行对焦，直到液晶显示屏中出现清晰的网穴图像为止。再微调体式显微镜9的角度和横杆10的位置，使左右CMOS摄像头的视野范围包括整个网穴。
图像处理模块实现的流程：监控前，首先采用基于弱视差模型的标定方法进行左右摄像头内外参数的标定；开始试雕后，当单一网穴雕刻结束后，基于双核ADSP Blacfin 561的嵌入式质量评价中心中的图像采集控制中心同时触发左右CMOS摄像头曝光拍摄，获得同一时刻下网穴的左右视图，再采用投影变换技术对左右视图中的目标网穴进行几何变换，消除透视畸变得到正视下的网穴图像，接着依次进行相应的小波图像消噪、CLAHE图像增强、灰度归一化、亚像素精度阈值处理、细节处理提取出目标网穴的二值化图像，计算出网穴的图像面积，转换为同面积的虚拟圆，并结合标定参数计算出虚拟圆的半径R，根据检测的网穴虚拟圆半径R与标准值的比较，判断雕刻头的尺寸选择是否正确和雕刻深度是否过大。同时采用Canny边缘检测法提取出网穴的外形轮廓，通过模板匹配识别技术，判断出网穴是否为圆形，再通过CAN通讯方式给运动控制中心发送网穴变形参数，调整雕刻头和辊筒对应的运动参数。接着根据外极线标准几何结构采用Fusiello法对左右视图进行图像校正，使得左右视图的外极线平行于水平方向，利用极线约束、连续性约束、唯一性约束等约束条件和SIFT特征匹配技术，提取出左右视图中匹配的SIFT特征点，再以这些SIFT特征点作为种子，采用改进的种子增长法和分段动态规划法进行从稀疏到稠密的两步立体匹配策略，获得网穴上每一点的对应匹配关系，结合标定参数，采用视差原理的三角测量法计算出网穴各点的三维坐标值，最后采用密集型重构法重现出网穴的三维图像。通过分析三维图像信息，得到网穴的深度h，根据圆锥计算公式V＝(1/3)πR2h计算出网穴的容积；接着把三维网穴按深度方向分成n层(n≥10)，寻找每一层i上离网穴中心轴最近和最远点，取其差值为di，根据表面粗糙度的评定参数微观不平等十点高度的定义，则可体现出网穴的表面粗糙度。再与实际要求的标准值进行比较，调整雕刻头的雕刻深度和力度。同时，获得的视频图像通过PXI通讯方式传到上位机上保存，偏差报告和运动参数的调整方案通过CAN通讯方式传到上位机以便查看。