高速印刷产品质量图像监测系统的研究与开发
作者单位：吉林大学
学位级别：硕士
导师姓名：孙海涛
授予年度：2004年
学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程]
主 题：高速同步摄像 数字图像处理 高速印刷 图像监测 有损压缩
摘 要：随着科学技术的进步，我国印刷行业也得到了前所未有的发展，但是印刷产品质量问题却一直困扰整个行业。在印刷品高速印刷过程中由于生产设备、生产环境、操作人员等因素的制约会出现色彩不均、对版不准、刮刀滑痕、疵点等质量问题，而这些质量问题又由于印刷的高速进行使人眼无法实时识别，等到发现时已造成大量的废品出现，使厂家蒙受巨大的经济损失。 为此，我们研究了一套高速印刷产品质量图像监测系统来解决这一技术难题。本系统利用高速同步摄像技术和数字图像处理技术将印刷品图像静止地再现于显示器，使人眼得以实时识别，及时解决了印刷品的质量问题，降低了产品的废品率，提高了生产效率。 本文主要完成以下几方面的研究工作： 首先，论文确立了本系统的总体设计方案。本系统采用高速高精度的工业彩色CCD摄像机，在横向移动扫描装置和纵向扫描控制算法以及同步发生装置和同步瞬态采集方法的控制下，实时地摄取印刷品图像，并将视频信号输入到彩色图像采集卡。在图像处理软件系统的作用下，图像采集卡对视频信号进行解码，A／D转换，比例缩放，裁剪，色空变化等处理，处理产生的输出图像数据经主机PCI总线被采集到内存内，随后再进行必要的图像方面的处理，比如图像分屏以及图像的压缩存储和回放等。最后将处理好的图像数据送显存并显示。在系统的软、硬件的控制下，完成系统功能的全面实现，比如调整光圈、焦距、聚焦等镜头的控制，图像的抓拍，画面的同屏对比监测，纵向扫描，横向扫描等控制。 随后，论文就系统的硬件部分进行了全面设计。根据现场要求，选用固体图像传感器作为系统的成像器材。在固体图像传感器中主要有两种固体传感器：电荷耦合器件CCD和CMOS图像传感器，就这两种传感器的性能本文进行了讨论，最终选用了CCD图像传感器。在综合考虑了各款图像采集卡的性能和价格后，从性价比和实用性角度出发，本系统选用了北京嘉恒中自图像技术有限公司OK0／S型图像采集卡，该图像卡基于PCI总线，适用于 摘要 图像处理、工业监控和多媒体的压缩、处理等研究开发和工程应用领域。 OK C30/S卡具有滤除奇偶场锯齿现象的功能，所以特别适合要求采集动态 图象的场合。 本系统的辅助设备主要有横向移动扫描装置、同步信号发生装置、同步 照明装置，而对这些辅助设备的控制则需上位机和下位机协同作业。因为， 主机的电平信号与单片机电平信号是不同的，所以二者之间必须经过电平转 换电路完成电平的转换。本系统采用MAX232作为电平转换芯片来完成这一 任务。辅助设备的具体控制在户汪，89552单片机微处理器作为核心，本文对单 片机应用系统作了系统的介绍，并对各辅助设备应用电路进行了具体设计。 本文第三章对高速摄像技术作了大量的研究。本章首先分析了印刷速度 与曝光时间的关系，得出直接用CCD拍摄印刷中的印刷品画面，采集到的图 像将是十分模糊的。为了在高速摄像中获取高速印刷产品的清晰图像，系统 需要控制摄像机的曝光时间。根据高速摄像原理，有两种方法能完成这方面 的要求:快门法和瞬态光法。瞬态光法是在快门常开时控制照明光源发出瞬 态光脉冲来控制有效曝光时间:快门法则是在均匀照明光源下控制电子快门 的开启时间来控制曝光时间。本章就这两种方法的原理作了讨论分析，得出 采用瞬态光法作为本系统摄像采集方法是可行的结论。随后，对该方法的具 体实现进行了硬件设计。 在图像存储中，存在图像数据过于庞大的技术难点。为此，本文在第四 章对图像数据的压缩算法进行了一定的研究。首先，对各种压缩算法作了比 较讨论，随后对基于DCT有损压缩算法作了具体研究，并介绍了DCT算法 理论、量化知识及Huff比an编码。最后本文基于MATLAB对相关算法进行 了实现。 第五章对系统功能进行软件实现。本着准确性、实时性、可靠性、可修 改扩充性的原则，本文采用VC+6.0高级语言编程环境设计了相应的上位机 软件系统。下位机则采用单片机汇编语言完成了各辅助设备的具体控制模块 设计。系统软件采用了模块化设计。首先对图像采集、图像分屏、图像抓拍、 图像亮度调节以及各个下位机命令字的发送功能模块进行软件设计。随后， 对工控机与摄像机、工控机与下位机之间的通信模块进行设计。最后，对下 位机的控制模块进行了具体设计。 吉林大学硕士学位论文 在第六章分别对系统的软件和硬件进行了调试，最后完成系统的综合调 试。 虽然对系统的研究作了大量的工作，取得了一些成果，但是还有一些问 题需要进一步研究。在图像数据的压缩算法研究中只做了JPEG静态图像有 损压缩算法的研究，且算法是基于MATLAB实现。下一步的主要工作就是 研究动态图像的压缩算法，并把研究成果应用到系统的图像存储和图像回放 功能模块中。
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