CN1138525A - 用于印刷机控制系统的一种基于摄像器的彩色传感装置 - Google Patents

用于印刷机控制系统的一种基于摄像器的彩色传感装置 Download PDF

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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters

Abstract

一种印刷机控制系统的彩色传感装置，具有多个用于提供可见光区和近红外区的光线的灯具(100和102)；一个具有多条用于拍摄可见光区和红外区图像通道的摄像器组合体(108)，以及至少一个用于生成所述图像的镜头；一个具有均匀的光反射率的校色靶(106)；一个用于调整所述光线分布均衡的机构；一个用于施加与位置相关的补偿处理以获得对应于不随位置变化的拍摄条件的机构，以及一个用于施加与摄像器数值相关的补偿处理以获得标准拍摄条件下的图像的机构。

Description

用于印刷机控制系统的一种基于摄像器 的彩色传感装置
本发明涉及用于印刷机的控制系统。
过去，四种彩色套印油墨(青、品、黄、黑)用在印刷机上生产全彩色的副本。为了改善拼版和降低油墨费用，在色分离处理中采用了各种不同的底色去除技术(UCR)和灰成分替代技术(GCR)。UCR和GCR技术从某些印刷面积中除去一定量的青、品以及黄色油墨，并用一定量的黑色油墨取而代之。于是，黑色油墨就不仅用于生成正文，而且也用于生成彩色图像，这样就减少了用于印刷的彩色油墨的总量。不同的色分离设备制造商提供不同的UCR与GCR技术来确定何时发生黑色油墨替代以及被替代的油墨数量多少。
过去，套印车间的彩色翻印质量控制处理分为两类，“靶控制”和“图像控制”。
在“靶控制”法中，一组色控制靶被印在页边空白处。光密度计一类的仪器被用于监测这些靶的光密度之类色彩特性。然后根据所测得的这些控制靶与预先规定的特性数值的偏差调整印刷机，应用这个方法进行质量控制会造成浪费和资源消耗，在于它需要一个额外的工序从最终产品中裁去这个靶子。还需要对纸张颜色和多孔性、油墨色彩以及其他印刷参数进行严格的材料控制，以维持所需要的图像色彩。
在“图像控制”法中，生产副本上的印刷图像与一个称作校样的参数原稿上的印刷图像相比较。然后根据生产图像与参考图像之差调整印刷机。因为这一系统不需要额外印上靶子，所以它被用得更多些。“图像控制”法还比“靶控制”法更精确些，因为在一些情况下，尽管在生产图像和参考图像上所测得的控制靶特性是一样的，但两个图像看起来并不同。通常，图像比较和印刷机调整两个工作都由印刷机操作者来完成。为提高生产率和改善色彩的一致性，最近已报导了几种自动印刷质量检验系统，这些系统使用诸如分光光度计或CCD彩色摄像器一类的光电传感器件测量彩色翻印质量。目前，这些传感器件的带宽都限制在电磁波谱的400nm到700nm波长的可见光区内。但是，在可见光区内，这些器件不可能可靠地区别开黑色没墨和由青、品、黄色油墨合成的处理黑色，或者说不能决定应该调整黑色油墨还是应该调整所有的青、品和黄色油墨。虽然这些器件例如说分光光度计能够精确测量所印的颜色，但由于牵涉到UCR和GCR技术的关系，很难用所测得的色彩信息实现无靶自动控制四色套印。一种无靶控制法也许要在被测图像中选择许多点或者说可能必须要取得大量的测量结果。一种摄象器系统可同时取得大量的测量结果，给出一个不用印出靶的优点。
由于控制质量可以部分地归结为测量的一致性，所以提供保证这个一致性的机构是必要的。为了精确控制印刷机，对这种基于摄像器的彩色传感系统有两个基本要求。这两个要求就是不随位置变化和不随时间变化。不随位置变化的要求确保了不管样本位于摄像器视场的什么地方都能得到一致的样本测量结果。不随时间变化的要求确保在一个长的时间周期上可获得对样本的可重复性测量结果。
但是，摄像器测量系统中使用的许多元件都不是不随位置变化的。例如，镜头在其边缘区透过的光线就比其中心区透过的光线少。一般，镜头的相对照度正比于视角余弦的四次方。这就是说，在30°视角处，相对照度仅是沿镜头光轴的照度的50％，在45°视角处，相对照度更缩减到25％。于是，由均匀照明区得到的图像，特别在视角很大的时候，会有较暗的角落。随着镜片的型式和表面涂层的不同，这个暗角问题还可能与波长有关。因此，某些摄像器通道可能比其他的摄像器通道具有更多的暗角。为克服这个暗角问题，维持一个较高的动态范围，并使一个均匀的靶被摄像器看成是均匀的，需要有更多的光线照在摄像器视场的边角区。
许多元件都不是不随时间变化的。例如，灯泡的输出就可能因供电电压和环境温度的变化而变化。摄像器前置放大器和模拟/数字转换电路的特性也可能时时改变。摄像器镜头光圈的设置也可能由于振动而变化。这一切因素降低了系统的可重复性。
为了达到和保持不随位置变化和不随时间变化的要求，需要一个标准的拍摄条件以补偿这些变量。
本发明的一个主要特征是提供用于印刷机控制系统的一个改进的光照系统。
一种用于印刷机控制系统的彩色传感装置包括：多个用于提供光谱的可见光区和近红外光区光线的灯具；一个摄像器组合体，所述摄像器组合体包括拍摄可见光区和近红外光区的图像的多条通道，和至少一个用于生成所述图像的镜头；一个具有均匀光反射率的校色靶；用于调整所述光的分布，使得在所述摄像器组合体各条通道中从所述校色靶拍摄的图像尽可能均匀一致的机构；用于施加与位置相关的补偿处理以获得一个相应于不随位置变化的拍摄条件的图像的机构；以及用于施加与摄像器数值相关的补偿处理以获得一个相应于标准拍摄条件的图像的机构。
本发明的一个特征是提供用于提供光补偿的机构。
本发明的另一特征是装置获得一个相应于均匀光照条件的图像。
于是，本发明的一个特征是装置校准光照系统，并提供一个令人感觉均匀的光照条件，为印刷机的控制系统提供不依赖于位置的测量结果。
另外的特征在下面的本发明实施例的叙述中以及通过所附权利要求书将更是变得十分明显。
在附图中：
图1是用于本发明印刷机的控制系统的方框图；
图2是图1系统的一个概略视图；
图3是图1的控制系统的方框图；
图4是用于本发明控制系统的摄像器或传感器的概略视图；
图5是用于本发明控制系统的摄像器或传感器的另一实施例的概略视图；
图6是用于本发明控制系统的摄像器或传感器的又一实施例的概略视图；
图7是标绘出IR反射的归一化百分率对印刷图像中的网点面积百分率的曲线图；
图8是包含有可见光谱和红外光谱的电磁波谱的一个概略视图；
图9是传感器空间和油墨空间的元素集合的概略视图；
图10是传感器空间和油墨空间连同本发明控制系统的方框图；
图11是用于调整印刷机的控制系统的方框图；
图12是用于印刷机控制系统的光照装置的概略视图；并且图12a是位于摄像机构场内的校色靶的概略视图；
图13是一个曲线图，示出光照装置中两组灯泡输出的光强度；
图14是一个曲线图，示出和灯泡一起使用的两个滤光器的透射百分率；
图15是多等级校色靶的一个概略视图；以及
图16是一个曲线图，示出测得的摄像器数值与理想的摄像器数值之差。
现在参照图1，图中示出用于本发明的印刷机11的一种总体标记为10的控制系统。
控制系统10具有一个4通道传感器21，一个用于处理来自传感器21的信息的数据转换器23，以及一个用于为印刷机11控制油墨的机构25。正如下面将要看到的，4通道传感器21在电磁波谱的可见光区和红外区检测诸如供应印刷机11的纸输送带一类的纸张表面反射的能量。如图8所示，红外区的电磁波具有比可见光谱更长的波长，可见光区的电磁波波长大约为400到700纳米(nm)，而红外区(包括近红外区)电磁波的波长则等于或大于800nm。
如图2所示，控制系统10有一个用于放置带有图像的图纸14(或者在图纸14上带有标记16)的支座12布置在用于照亮图纸的一对位于对面的光源18和20的下方。系统10有一个第一彩色摄像器或传感器22，它具有三个通道用于在电磁波谱的可见光区检测图纸14的例如红、绿和兰色或者青、品和黄色的油墨特性，并用于将感测到的信息经由各自独立的线路或引线24、26和28输送到一个适当的数字计算机30或者具有一个随机存取存储器(RAM)和一个只读存储器(ROM)的中央处理单元，计算机(或CPU)30具有一个适当的显示器32。于是，三个不同颜色的油墨特性被摄像器22从图纸14感测出来，被放到计算机30的存储器中存储并在计算机30中进行处理。
系统10还有一个黑白的第二摄像器或传感器34，它有一个滤光器50使得它在波长大于可见光区电磁波波长的电磁波谱红区感测到油墨特性，于是摄像器或传感器34从图纸14感测出红外信息并将所感测的信息经由引线36传输到计算机30，以使这些红外信息存储在计算机30中并由计算机30进行处理。
归一化的红外(IR)反射百分率作为网点面积百分率的函数示于图7。将可看到，青、品和黄色油墨的红外反射率作为网点面积百分率的函数表现得没有显著的变化。但是，黑色油墨的归一化红外反射率作为网点面积百分率的函数却显示出值得注意的变化，从对于0％网点面积的归一化IR反射数值100％改变到对应于100％网点面积的差不多18％的IR反射。因此，黑色油墨在电磁波的红外区可以容易地感测出来并与其他彩色油墨区别开。
如图2所示，图纸14可以包含一个称作生产副本或当前副本的印刷机11当前试印得到的印刷图像或标志16。另外包含有来自以前的参考试印的称作参考原稿的印刷图像或标志40的图纸38可以放置在摄像器22和34下方的支座12上，以便感测出图纸38的反射能量，如下所述，将所感测的信息输出到计算机30的存储器存储起来并在计算机30中进行处理。
这样，摄像器或传感器22和34既可用于感测当前副本或图纸14，又可用于感测参考原稿或图纸38。由摄像器22和34提供的信息在计算机30上的帧取样板上通过适当的模拟/数字转换器形成数字信息。从而，计算机30便根据存储在其存储器中的对应于摄像器或传感器22和34由图纸14和38感测出的信息的数字信息工作。
现在参照图3，图中示出了用于本发明的印刷机11的控制系统10的一个方框图。如图所示，首先预置四色套印机11的四种油墨(青、品、黄和黑色)，其后由印刷印刷机11用当前的油墨设定值进行印刷，从而产生一个如图所示的生产或当前印刷副本。图2的彩色和黑白摄像器或传感器22和34充当四通道传感器21拍摄当前印刷副本的图像，并在此信息被转换成数字信息之后，随即放到计算机30的存储器中。
下一步，一个“油墨分离处理”23被用来将四通道传感器21拍摄的红色、绿色、兰色以及IR图像转换成表示新副本上出现的相应油墨量的四个独立的青、品、黄以及黑色油墨图像。“油墨分离处理”23可使用数学公式、数据查找表或者其他适当的方法完成数据转换工作。
同样的处理也应用到参考原稿上。首先，四通道传感器21被用来从参考原稿拍摄红色、绿色、兰色以及IR图像。然后，“油墨分离处理”23用来获得表示参考原稿上出现的相应油墨数量的青、品、黄色以及黑色油墨图像。
如图所示，通过计算机30将生产副本的油墨图像与参考原稿的油墨图像相比较以检测出青、品、黄以及黑色油墨的各种油墨分布的变化。
然后，通过计算机30处理所确定的油墨分布的差别，以得出用于在油墨控制过程中控制印刷机11的控制键和其他机构的指标，从而向印刷机提供一个油墨调整指标以得出更符合参考原稿的新的副本。油墨变化的指标可以自动的方式提供给印刷机11，或者由操作者利用油墨彩色特性调定印刷机11，例如使用控制键调整油墨的输入速率。
过去，四种套色油墨(青、品、黄及黑色)被用到印刷机上生产全彩色副本。在这些系统中，黑色油墨不仅用于产生正文而且用于产生彩色图像。在一种图像系统的控制中，生产副本的印刷图像要同被称为校样的参考原稿上的印刷图像相比较，并且根据生产图像和参考图像之间的差别调整印刷机。但是，在可见光区域，不可能可靠地把黑色油墨和青、品及黄色油墨组合产生的处理黑色区别开，或者说不可能区别是否应该调整黑色油墨还是调整所有青、品及黄色油墨。
四通道传感器21不仅用于在可见光区的三条通道感测图像特性，而且传感器21的第四通道在红外光区感测图像特性，目的是确定包括黑色油墨在内的油墨正确用量，从而正确翻印校样。印刷机控制系统使用四通道检测器或传感器21检测纸张表面(例如图纸14和38或印刷机11的纸传送带)反射的能量，其三个通道用在电磁波谱的可见光区，一个通道用在红外区。控制系统10有一个用于将传感装置21的输出转换为一组用于表示纸张上出现的青、品、黄和黑色油墨量变数的机构23，以及一个响应转换机构23用来调整四色套印机以保持色彩一致性的机构25。
虽然红外通道的工作波长可以长于1100nm，但在一种优选的形式中，红外通道的带宽可在800nm与1100nm之间，这是近红外区的一部分并与校准的硅检测器相一致。至少三个截然不同的通道被用在相应于红、绿与蓝色(RGB)，或青、品与黄色(CMY)或者其他颜色的可见光区。可见光区每一通道的带宽可以少于70nm，大于100nm或者是两数之间的任何数值，在通带(例如品红)内具有多个尖峰的通道也包括在内。
传感器构21，正如下面所要看到的，可由单个元件检测器、一维(线性)检测器、二维(面积)检测器或者其他适当的检测器结构构成。传感器机构可以通过对现有机构增加一个额外的红外通道，对RGB彩色摄像器或光密度计增加一个红外通道，或者通过将工作频带扩展到红外区，例如给分光光度计增加红外能力而构成。光源18和20用于根据传感器的工作频带和灵敏度供应足够的可见光区和红外区辐射能量。
由传感器机构21输出的一切可能的数值可以用来组成一个向量空间。例如，具有红、绿、蓝以及红外通道的传感器机构21输出的全部可能数值组成一个四维向量空间R-G-B-IR，将此向量空间称作传感器空间S1，将传感器机构21的每一个输出称作传感器空间S1中的一个向量，传感器结构所要求的最小维数是4。于是，如图9所示，给出了一个元素e11和e12的集合S1，集合S1的元素e是对应于传感器机构21感测生产或当前印刷副本的输出的向量v11，并且集合S1的元素e12是对应于传感器机构21感测参考原印稿的输出的向量v12。根据本发明，在生产副本或当前副本上的印刷图像可在传感器空间中与参考原稿上印刷的图像相比较，如果新印副本L.C.和参考原稿R.C.之间的差别在一个预定的误差水平δ之内，至少对传感器空间的可见光区的所有通道是如此：〔L.C.-R.C.〕＜δ，则就说生产副本或当前副本被确定为是可接受的。
一个变量集合可以被定义来表示一个给定面积内出现的油墨数量。例如，一个C、M、Y、和K变量的集合可被定义来表示或定义为一个给定面积内的青、品、黄以及黑色油墨的数量的函数。这一变量集合可以对应于油墨的体积、平均油墨涂层的厚度、网点大小或是其他有关纸张表面上一个给定面积内油墨多少的量。用这个变量集合组成的空间称作油墨空间S2，对于四色套印机11来说，油墨空间S2具有4维。于是，参照图9，给出了元素d11和d12的一个集合S2，集合S2的元素d11是一个向量Vj1，它对应于油墨空间中联系生产副本或当前副本的变量，集合S2的元素d12是一个向量Vj2，它对应于油墨空间S2中联系参考原稿的变量。
参照图9，至少存在一个变换函数或变换，能将集合S2或四维油墨空间的元素d11和d12映射为集合S1或四维传感器空间的元素e11和e12，变换称为前向变换函数，如图9和10所示。注意每个集合S1和S2的子集可以相交或者可以一样。
前向变换函数可以用在软校样系统中，产生一个校样图像作为参考图像存储在系统中或者可以显示在CPT屏幕上。
再一次参照图9，至少存在一个变换函数或反变换-1，能将四维传感器空间的集合S1的元素e11和e12映射为四维油墨空间的集合S2的元素d11和d12，变换函数称为反变换函数。于是，通过逐点应用反变换函数-1，传感器空间或集合S1的生产图像和参考图像两者都能被映射到油墨空间或集合S2中，如图9和10所示。
于是，油墨空间S2中的生产图像和参考图像之间的差别就表示青、品、黄以及黑色油墨的各自油墨分布差别，如图11所示。油墨空间S2的新图像和参考图像之间的差别表示哪个印刷部件应当向哪个方向调整，是应当向上还是向下调整，哪种油墨数量应当调整。根据油墨空间S2中的生产图像和参考图像之间的差别可以拟出一个适当的印刷机控制定则来调整诸如金属版或活字版的油墨输入速率，软片或照相凹版印刷中的油墨一致性，金属版印刷中的水输入速率或上述任一种版的温度等印刷参数。
根据本发明，印刷印刷调整可以仅通过自动控制系统10、仅通过印刷印刷操作者，或者通过自动控制系统10和印刷机操作者之间的交互动作达到。另外，传感器机构21可用于直接监视印刷机11的印刷输送带(即打开印刷感测器)，或者监视从印刷机的折页器收集印刷品(即关闭印刷感测器)。如果来自彩色分离处理的数字图像或者薄膜/平板图像可用，则传感器机构21中参考原稿的图像可以借助于前向变换函数用电子学的方法生成。用电子方法生成的参考图像可以用于调定印刷机11，以减少准备就绪时间。
彩色翻印质量可以通过全过程的试印刷、通过在不同的印刷机上或者在不同时间的不同的试印刷来保持。于是，不用额外的彩色控制靶就可形成一个闭环的自动彩色翻印控制系统。油墨、纸张以及其他印刷参数的变化能够补偿到如此程度，使得印刷副本在符合参考原稿方面具有最大可能的总效果。
如图4所示，摄像器或传感器22可以结合一个旋转的滤色构件52，后者具有在旋转期间仅透过所要求的颜色例如红、绿及蓝色的滤色器F1、F2、F3，使得摄像器或传感器22依次并分别记录所印材料(可由当前试印刷或参考原稿的试印刷中取得)的彩色F1、F2和F3。此外，滤色器构件52可以有一个红外滤色器F4，以便在红外区感测和记录所印材料反射的能量。由摄像器或传感器22从滤光器接收的信息可以记录在计算机或CPU中用于构成所需要的数据控制油墨(前面已讨论过)。
在图5所示的另一种形式中，摄像器或传感器22可以包括一个内装滤光器的电荷耦合器件(CCD)，它将所印材料反射的光能量在摄像器中转换成电能量，即F1、F2、F3及F4(IR)，例如可见光区各不相同的红、绿和蓝色以及在红外区的近红外能量，以便如前面已讨论过的，将此信息供应给计算机30存储并进行处理。
本发明摄像器或传感器22的另一个实施例示于图6，图中同样的标号表示同样的零件。在这个实施例中，摄像器或传感器22具有一个光束分离器，以便将所印材料反射的输入光分解出一个红外光束供给第一CCD1，F1(比如说红色)供给第二CCD2，F2(比如说绿色)供给第三CCD3以及F3(比如说蓝色)供给第四CCD4。在这一实施例中，适当的棱镜、透镜或反射镜都可被用来完成光束分离以在不同的电荷耦合器件中获得所需要的色彩特性，用前面叙述过的方法将此信息供应给计算机30存储并进行处理。当然，任何别的适用摄像器或传感机构都可用于获得所要求的颜色。
因而，用于印刷机11的控制系统10被用来确定所印的油墨在电磁波可见光区的三个不同的特性(比如说颜色)以及电磁波谱红外区的一个特性。控制系统10在四通道的装置中利用这四个特性指示和控制用在印刷机11中的油墨。
于是，颜色可从当前试印刷中取得的图样以及参考原稿试印中取得的图样上感测出来，然后利用感测出的信息修改印刷机的油墨设定值以获得同一色彩从参考试印到当前试印的可重复性。用这一办法，色彩的符合质量就可通过印刷机11保持而与做过参考试印后的试印次数无关，并且如果需要的话可以在试印期间连续使用。
用于印刷机控制系统的基于摄像器的彩色传感器装置通常包括一组灯具和一个摄像器组合体。为要精确控制印刷机，这一彩色传感器机构必须提供一种不随位置变化并且不随时间变化的测量结果。
但是，很多因素将影响系统的一致性和可重复性。镜头从中心到边缘具有不均匀的透光性。灯具产生的光量时时在变化。图像传感器的灵敏度也会因温度变化和老化而漂移。因此，需要装置和校色程序为这一基于摄像器的彩色传感系统提供一个标准的拍摄条件。
如图12所示，一个四通道摄像器组合体用于拍摄图像。但是，如图5或6所示那样的集成式四通道摄像器目前尚未成为市场上可以买到的商品。图2所示的两摄像器方法提供了建造这种四通道摄像器108的一个适宜途径。在这一实施例中，一个彩色摄像器用于拍摄红、绿和蓝色图像，而一个黑白摄像器则用于拍摄近红外图像，一般，这四个摄像器通道各自包括一个电荷耦合器件(CCD)图像传感器。这种摄像器组合体的工作波长范围从400nm到1000nm左右。大约是可见光谱范围的两倍左右。像任何其他光学元件一样，镜头的光透射特性就是相应的波长。即使使用两个摄像器和两个镜头，也常常需要专用照明装置确保对四个摄像通道的每一个都能建立起标准的拍摄条件，为保持两个不同的彩色传感器系统之间的测量的一致性，也需要这个标准的拍摄条件。
如图12和13所示，优选的光源包括一个第一和第二组灯泡100和102，分别在可见光区(400nm-700nm)和近红外区(700-1000nm)提供光照。两组灯泡100或102的至少一组仅工作在一个区内，或者是可见光区或者是近红外区，而不是工作在两个区内。例如说，第一组灯泡在可见光区和红外区两个区均有一个输出。这个输出覆盖整个400-1000nm光谱。第二组灯泡102仅在红外区(700-1000nm)有一个输出。
卤素灯在所要求的400-1000纳米光谱区能量丰富，可用在两个灯泡组100和102中。一些卤素灯泡带有滤光器以减少在波长大于1000nm区的不必要能量输出。由通用电气公司销售的带有固定色罩的灯泡MR16就是这类灯泡的一个例子。
如图14所示，借助使用滤光器可将能量输出限制在所要求的光谱区内。一种调和色温补偿滤光器例如适当厚度的SCHOTTFG3滤光器用在第一灯泡组100的前面，以提供一个具有扩展到近红外区能量的标准D50光源。第二102的灯泡可安装一个调和滤光器例如SCHOTT LP78滤光器，以在通过波长大于780nm的红外光的同时遮挡住可见光。为了减少光输出中的脉动成分，这些卤素灯可以用一DC电源来激励。
别的光源(例如氪灯)只要在可见光区和近红外区两区提供足够的能量，都可以使用，不需要要求灯泡的尺寸很小。带有大结构尺寸的灯泡也能使用。直线式灯泡可作为光输出出现于一个大面积上的装置的一个实例。
如图12和12a所示，具有可见光区和近红外区的均匀光反射率的校色靶106位于长方形摄像器摄像区104的下方。
一页空白纸只要保持平整光滑，并且其材料成分均匀没有颗粒，就可以用作校色靶。由于这种型式的纸不普遍，而且质量难以保持，故可建造专用的校色靶。一种均匀的灰度校色靶可用各种不同的颜料和表面改善剂制成，使得从400-1000nm有一个平滑的光谱曲线。这种靶的光泽和用于印刷参考原稿和生产副本的空白纸页的相同。
如图12和12a所示，校色靶106被置于四通道摄像器108的视场104中，使靶表面接近垂直于摄像器108的光轴。光源安装得与摄像器光轴成45度以减少靶的定向反射，视场以外的剩余表面用底漆涂成黑色。
建立一个显示查找表使某些象素值变成在彩色监视器上观察得更显著。使操作者能分辨出摄像器数值的微小变化，进而调整灯泡让那个靶面上的光线显得均匀。使用上述带查找表的观察方法，将第一组灯泡100调整得使绿色图像中的不均匀度最小。这一工作可以通过将灯泡100指向不同的位置并调整灯泡的反射器(如果有的话)，或者借助使用一个网筛材料或中性密度滤光器改变光分布模型来完成。这个不均匀性在红色和蓝色图像中检查。如果在红色和蓝色图像中的光分布模型基本上不同于绿色图像中的模型，则应当检查并校正(如果必要的话)各个灯泡和滤光器的光谱输出。在保持第一组灯泡100不变的同时，调整第二组灯泡102，使得红外图像的不均匀性也达到最小。每个图像的统计数字如像标准偏差和平均值均可用来辅助这一操作。
在这一光照条件下从校色靶106拍摄多张图像。将这些图像平均以消除个别的杂象素。邻域平均技术可用来消除任何高空杂频。在每一个平均图像中找出最高象素数值。用平均图像中的每个象素数值除这个数值，建立一个中间图像。然后，中间图像的每个象素均乘以一个常数增益因子，例如对8位图像乘以128。这就为四个通道的每个通道建立了一个光补偿图像。
补偿过程可以一开始就将感兴趣的图像与光补偿图像相乘。然后这一相乘的结果再除以常数增益因子。这一操作的目的是将暗区的象素数值提高到等于亮区的象素数值的水平。最终图像对应于所感兴趣的图像(如果是在均匀光照条件下拍摄的话)。
上述补偿目的也能通过将亮区的象素数值降低到等于暗区的象素数值的水平达到。
将上述与位置相关的补偿过程应用到从校色靶106拍摄的图像上，将使最终图像变得均匀。若这一补偿过程应用到任何其他拍摄的图像上，它为图像提供的象素数值就像靶是用一个感觉均匀的光照条件照射的一样。这意味着在靶从视场中移走的情况下，图像特性仍将保持一致的象素数值。于是，这一与位置相关的补偿为彩色传感系统提供一个不随位置变化的拍摄条件。
为减少灯泡和电子元器件的漂移引起的变化，可以使用灰度级校色靶。如图15所示，灰度级校色靶110由12等级组成，每一等级具有不同的暗度。最暗和最亮和等级应当分别表示录印处理期间输入的最高光强和所使用的最白的纸张。在这个灰度级中包括的等级数是以所要求的精确度为基础的。通常，10到30等级应当足够。用于制作这个靶的材料应当具有平滑的光谱曲线。
建造这一多等级靶之后，在400nm至1000nm的波长范围内测量每一等级的光反射率。随后在每个摄像通道的带宽内对每个等级计算出平均反射率。
要做的下一件事情是确定光最亮等级所需要的摄像数值。这个数值应选得足够高，以提供一个宽的动态范围，但又应选得足够低，以避免在标准的拍摄条件下摄像器饱和。通常，传感器件在光输入和信号输入之间有一个已知的关系，比如说是线性关系或对数关系。于是，所要求的其他等级所要求的摄像器数值能够相应地计算同来。表示一个12等级靶的平均反射率和所要求的摄像器数值的代表数据提供在表1中。
在系统设定期间，这样调节光圈或摄像器增益使得从最亮等级所得到的摄像器数值尽可能接近要求的数值。锁住光圈或摄像器增益的调定位置以防止任何可能的变化。
下一段说明利用这个多等级靶消除元件漂移引起的任何影响的补偿过程。
从这个灰度级靶拍摄一个图像。为减少一切杂散光线，在灰度靶的背后应使用一个黑色的背景。将与位置有关的补偿施加到这个图像上。求出如表1所示的每个通道及每个等级的摄像器数值。将所要求的摄像器数值与测得的摄像器数值标在每个摄像通道的曲线图上。图16示出蓝色通道数据一个例子。每个数据值表示图16中曲线图上的一个点。图16中还包括一根示出线性关系的细虚直线。这个图可借助数据查找表很容易地完成。对于其他通道的绘制图可以同样的方法生成。
上述过程应当周期地进行，以补偿任何可能的元件漂移。于是，这一与摄像器数值有关的补偿就提供了一个不随时间变化的拍摄条件，并且大改善了系统的可重复性。
通过应用与位置有关的补偿，并加之以与摄像器数值有关的补偿，就能建立一个标准的拍摄条件。满足不随位置变化和不随时间变化的要求。
于是，根据本发明，就为基于彩像器的摄色传感系统提供一个标准的摄像条件，以向印刷机的控制系统输送一个改进的结果数值。
前面所作的详细叙述仅仅是为了理解清楚起见，因此应认为不存在任何不必要的限制，修改对于熟悉这一技术的人员是显而易见的。
                                 表1
                                平均反射率               所要求的摄像器数值                测得的摄像器数值
   等级     蓝     绿     蓝 近红外     蓝     绿     蓝   近红外     蓝     绿     蓝    近红外
    1   0.888   0.919   0.922  0.8908     218     226     227     226     224     234     230     220
    2   0.842   0.872   0.866  0.8212     207     214     213     208     215     223     218     201
    3   0.698   0.716   0.716  0.6854     172     176     176     174     184     187     185     169
    4   0.582   0.603   0.604   0.584     143     148     149     148     159     161     160     144
    5   0.495    0.51   0.512   0.493     122     125     126     125     138     138     137     123
    6    0.39   0.402   0.404  0.3884     96     99     99     99     113     110     109     98
    7   0.294   0.302   0.301  0.2864     72     74     74     73     88     83     83     73
    8   0.199   0.205   0.204  0.1958     49     50     50     50     63     58     57     52
    9   0.148   0.152   0.151  0.1444     36     37     37     37     48     43     43     39
    10   0.075   0.074   0.072   0.068     18     18     18     17     25     21     21     22
    11   0.039   0.037   0.036  0.0356     10     9     9     9     14     10     11     13
    12   0.013   0.012   0.012   0.012     3     3     3     3     6     4     4     7

Claims (25)

1.一种用于印刷机控制系统的彩色传感器装置，包括：
多个灯具，用于提供光谱的可见光区和近红外光区的光线照射摄像区；
一个摄像器组合体，所述摄像器组合体包括拍摄视频区和近红外区图像的多条通道，并且至少一个镜头用于生成所述图像；
一个具有均匀光反射率的校色靶；
用于调整所述光分布使拍摄的所述校色靶的图像在所述摄像器组合体的各条通道中尽可能均衡的机构；
用于施加与位置有关的补偿处理以获得一个相应于不随位置变化的图像的机构；以及
用于施加与摄像器数值有关的补偿处理以获得一个在标准拍摄条件下的图像的机构。
2.权利要求1的装置，其中所述灯具包括一个第一和一个第二灯泡组。
3.权利要求2的装置，其中所述第一和第二灯泡组的至少一组仅工作在从可见光区和红外光区选出的一个光谱区。
4.权利要求2的装置，其中每个所述灯泡组灯包括用于过滤所述灯泡产生的光的机构。
5.权利要求1的装置，其中所述摄像器组合体具有四个独立的通道。
6.权利要求5的装置，其中所述四个独立的通道就是红色、绿色、蓝色与近红外通道。
7.权利要求6的装置，其中所述红色、绿色、蓝色与近红外通道系通过采用附有一个镜头的集成式四通道摄像器构成。
8.权利要求6的装置，其中所述红色、绿色、蓝色与近红外通道系通过采用彩色摄像器和黑白摄像器构成，所述彩色摄像器提供所述红色、绿色和蓝色通道，所述黑白摄像器提供所述近红外通道，所述彩色和黑白摄像器各自附有一个镜头。
9.权利要求1的装置，其中所述摄像器组合体的所述多条通道各自包括一个电荷耦合器件图像传感器。
10.权利要求1的装置，其中所述摄像器组合体的光轴大致垂直于所述摄像区的表面。
11.权利要求1的装置，其中所述光线由所述灯具发出，与所述摄像器组合体的光轴差不多成45度。
12.权利要求1的装置，其中所述校色靶包括一张空白纸页。
13.权利要求1的装置，其中所述校色靶具有一个涂漆的类似于空白纸页的光泽度和鲜亮度的工作面。
14.权利要求1的装置，其中所述校色靶至少在400nm至1000nm波长范围内具有一个基本平滑的光谱反射率曲线。
15.权利要求1的装置，其中所述调整机构包括用于在所述摄像区域的所选部分改变所述光线的照度机构。
16.权利要求15的装置，其中所述照度改变机构系从一组包括网筛，中间滤光器或其他用于减少落到所述摄像区域的所选部分上所述光线数量的机构中选出。
17.权利要求1的装置，其中所述调整机构包括用于改变所述摄像区域的所选部分中的所述光线的光谱成分的机构。
18.权利要求1的装置，其中所述摄像区域是一个长方形。
19.权利要求18的装置，其中所述调整机构包括用于在所述摄像区的四角区提供比中心区较高的所述光线的照度以补偿通过所述镜头的边角区的较低透光率。
20.权利要求1的装置，其中所述调整机构包括用于对从可见光区和近红外区选出的至少一个提供独立的照度调整以补偿所述镜头在可见光区和红外区的不同的光透射特性的机构。
21.权利要求1的装置，其中所述调整机构包括一个用于观察通过所述摄像器得到的图像的显示机构，以及一个用于使图像密度变化更显著的可编程彩色显示查找表机构。
22.权利要求1的装置，其中所述与位置相关的补偿处理包括用于从由所述校色靶获得的图像生成一个补偿图像的机构，以及用于将所述补偿图像应用到实际图像上以获得一个相应于不随位置变化的拍摄条件的图像的机构。
23.权利要求1的装置，其中与所述摄像器数值相关的补偿处理包括一个灰度级校色靶以及用于补偿由一个或多个照明灯、镜头设置位置以及摄像器电子元器件的改变引起的图像变化的机构。
24.一种为印刷机控制系统提供一个感觉均匀的光照条件的装置，包括：
一个第一和第二灯泡组，提供可见光区和近红外光区的光线；
用于过滤灯泡产生的光线的机构；
一个均匀的校色靶；
一个放在适当位置的四色摄像器，从校色靶拍摄可见光和近红外区图像；
用于改善光线分布的机构；
用于从所拍图像清除杂象素的机构；以及
用于提供光线补偿的机构。
25.一种为印刷控制系统提供一个感觉均匀的光照条件的装置，包括：
用于生成可见光区和红外区光线的装置；
一个用于校色的靶；
用于拍摄可见光区和红外区图像的装置；以及
用于调整光线并提供光补偿以形成一个均匀的光照条件的装置。
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