基于CCD摄像头的套准检测控制技术

　　近年来，设备可视技术成为印刷业的一大热点，并逐渐得到行业人士的认同和重视。设备可视技术除了可以为印刷企业带来高速、高品质、高性能的印刷之外，其还有一重要贡献在于图像处理和分析。目前的自动检测设备可支持所有的印刷技术、承印物和工作流程。检测系统可配置阵列式摄像头，如AVT的Jupitor系统，也可以配置100% CCD摄像头，如AVT的Apollo质量检测设备，或者是两者的复合型摄像头，如AVT的Argus，从而满足不同客户的不同需求和不同的工作流程。作者的关注点是基于CCD摄像头的套准检测控制系统，通过实践对套准检测控制系统及其应用进行简单剖析。

　　套准原理

　　图像传感器是利用光电器件的光-电转换功能，将其感光面上的光像转换为与光像呈相应比例关系的电信号“图像”的一种功能器件。电荷耦合器件（Charge Couple Devices，简称CCD)，是固态图像传感器的敏感器件，与普通的MOS、TTL等电路一样，属于一种集成电路，但CCD具有光电转换、信号储存、转移(传输)、输出、处理以及电子快门等多种独特功能 。

　　在印前处理过程中，单色印版（通常为CMYK四色）上分别包含不同的色彩标记（即套准标记），这些标记被设计为十分精确的水平或竖直排列组。

　　1.套准标记的检测过程

　　在印刷过程中，摄像机监视印刷品上的套印检测标记，将标记图像信息高速传于控制器内，利用图像识别和处理技术计算出各个标记点的相对偏差，然后控制器基于这个偏差来调节驱动电机，调整相应的周向或轴向偏差，从而实现自动套准功能。

　　2.套准的维持

　　套准的维持，实质是一个处理过程，这个过程就是保证每个颜色排列整齐（成一行）而形成最好的印刷混合色。自动套准系统通过扫描套准标记并保证它们在准确的位置来实现自动套准。

　　系统组成

　　自动套准控制系统主要由检测系统、计算机控制系统和执行机构组成，如图1所示。检测系统通过检测标记、整理信号，得到标记信号，然后再由计算机控制系统将标记信号变成驱动伺服电机的脉冲信号，最后通过伺服电机调节印刷机版滚筒的转速和运转方向，实现图文的周向和轴向调整。由于CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，可以给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，所以已经广泛应用于各种工业检测和自动控制系统。

　　1.硬件设计

　　硬件结构如图2。系统的嵌入式控制器采用Microchip的dsPIC33FJ128GP706高性能16位数字信号控制器。此控制器具有64引腿、128K的ROM和16K的RAM，处理速度可以到40MIPS，器件采用强大的16 位架构，此架构将数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）的计算能力与单片机（MCU）的控制特性无缝地集成在一起。这种集成的功能对于需要高速、重复计算和控制的应用非常理想。

　　2.图像的采集与传递

　　CCD图像传感器的视频解码芯片采用SAA7113。SAA7113是飞利浦公司视频解码芯片的一种，在很多视频产品，诸如电视卡、MPEG2、MPEG4中都有着成熟的应用。SAA7113的主要作用是把输入的模拟视频信号解码成标准的“VPO”数字信号，相当于一种“A/D”器件。SAA7113兼容全球各种视频标准，使用也十分简单。

　　自动套准控制系统具有TCP/IP网络接口，可以直接和电脑通信，可以将采集的信息和处理的数据传到计算机系统，让使用者一目了然。

　　网络控制芯片采用ENC28J60，目前市场上大部分以太网控制器的封装均超过80 引脚，而符合IEEE 802.3 协议的ENC28J60只有28引脚，既能提供相应的功能，又可以大大简化相关设计，减小空间。

　　装置具有蜂鸣器报警功能，当有错误产生时，可以自动发出报警，提示操作人注意。

　　自动套准的实现

　　首先，印刷操作人员根据活件的特性等信息进行程序设定（在操作控制台上完成），信息包括套准标记在承印物上的位置、印刷的标记规格、色组单元的分配、套准标记和电机的分配等。当印刷机工作时，摄像机就开始追踪纸张上的每一个自动套准标记，系统根据摄像机的数据显示印刷套准标记的位置和质量。然后，系统就可以决定哪一个印刷色组需要调整（超出套准误差范围）。印刷作业人员便可以在自动或手动调节模式下，在印刷操作控制台进行套准校正调节。

　　1.理论上的完全套准

　　当所有的套准标记都整齐地排列在适当的位置上时，就达到了理论上的完全套准。标记从左至右的全部排列整齐被称为横向的完全套准，同理，标记从上至下的全部排列整齐被称为周向的完全套准。

　　2.跟踪套准标记

　　自动套准系统的摄像机可以检测到印刷在纸带上的套准标记。若摄像机在它的可识别范围内不能够检测到套准标记，就会在通常位置上左右移动来重新检测。摄像机的移动速度和位置可以根据纸张的类型或者印刷速度进行调整。摄像机在它开始向反方向移动前，可以向一个方向移动1/2英寸，最多可达2英寸。

　　3.印刷机数据存储表

　　套准标记的数据存储表格称为印刷机数据存储表，这些数据具有1/1000英寸（1/100毫米）的精度，每个标记的理论位置和实际调整后位置相比较，误差都在千分之几英寸的范围内。无论周向套准数据还是横向套准数据，它们都存储在印刷机数据存储表中。