專利名稱：用于量化平面對象反面上的印刷圖像的可視透背的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量從平面對象反面的印刷圖像的透背的設(shè)備以及相應(yīng)的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種測量正面的光學(xué)反射率從而測量透背的設(shè)備以及相應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
對于諸如紙產(chǎn)品的平面印刷基材來說，需要有遮蓋力和可視外觀均勻性。使用諸如二氧化鈦(TiO2)的光學(xué)遮光劑來提供這些屬性。即使在產(chǎn)品的反面上有印刷內(nèi)容時，在這些產(chǎn)品中也要求高度均勻的正面外觀。當(dāng)照射和觀察正面時，印刷在反面的圖像的可視程度被稱為“透背”。眾所周知，產(chǎn)品的厚度和固有的不透明度以及印刷在反面的油墨的透入深度都影響透背度。
受過訓(xùn)練的操作人員可估計透背，他們在可控照明條件下基于正面的可視觀察做出表面外觀的主觀評定。傳統(tǒng)上利用不透明度測量儀器(通常所說的暗度計)在表面上的單獨(dú)小區(qū)域內(nèi)量化透背度。紙漿和造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(TAPPI)標(biāo)準(zhǔn)T-425om 01中闡述了使用這種儀器的標(biāo)準(zhǔn)測量協(xié)議，標(biāo)題為“Opacity of Paper(15/d Geometry，Illuminant A/2 Degrees，89％ Reflectance Backing and Paper Backing)”。但是，尤其是當(dāng)圖案、圖像或標(biāo)記印刷在產(chǎn)品反面時，利用這種儀器進(jìn)行的測量方法測量樣本片的整個區(qū)域的非常小的部分，這樣不適于提供具有代表性的透背度量。一種諸如本發(fā)明的自動成像系統(tǒng)和方法會提供更具代表性的透背度量。
在美國專利6438256(轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中描述了用于量化不透明對象的平面表面的可視外觀均勻性的方法。但是，該方法沒有解決評定紙張反面上印刷圖像的可視透背的需要。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及當(dāng)照射和觀察片的第二面時、測量片的第一面上印刷圖像的可見程度的方法，該方法包括a)通過以初始照度級照射不包含圖像的基準(zhǔn)對象來創(chuàng)建基準(zhǔn)對象的校準(zhǔn)圖像；b)確定基準(zhǔn)對象的平均灰度級，并調(diào)整照度級以實現(xiàn)預(yù)定平均灰度級；c)以與用于創(chuàng)建校準(zhǔn)圖像的照度級相同的照度級照射片，并創(chuàng)建片的圖像；d)測量片的圖像的像素亮度與校準(zhǔn)圖像的對應(yīng)像素亮度的比值；以及e)計算像素亮度比值的平均值。
本發(fā)明還涉及圖像分析方法，該方法通過利用透鏡和光檢測器陣列來測量具有反射正面的基本平面樣本對象正面的光學(xué)反射率，表征該樣本對象反面上的印刷圖像的透背，該方法包括以下步驟(a)創(chuàng)建幀平均暗電流圖像，它表示在無光情況下光檢測器陣列的響應(yīng)；(b)用漫射光源均勻照射基準(zhǔn)對象的正面(所述基準(zhǔn)對象在其反面沒有圖像)，并創(chuàng)建該基準(zhǔn)對象的校準(zhǔn)圖像，包括以下步驟(1)用漫射光源照射基準(zhǔn)對象的正面，光源的輸出被設(shè)定為初始照度輸出級；(2)創(chuàng)建基準(zhǔn)對象正面的幀平均圖像；
(3)確定步驟(b)(2)中創(chuàng)建的基準(zhǔn)對象圖像中的平均灰度級；(4)通過調(diào)整光源的輸出并重復(fù)步驟(2)和(3)，直到基準(zhǔn)對象正面反射的平均光級導(dǎo)致步驟(2)的圖像中的平均灰度級在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍內(nèi)的預(yù)定值的預(yù)定范圍之內(nèi)，來調(diào)整照度級，從而建立預(yù)定照度級；(5)創(chuàng)建基準(zhǔn)對象正面的幀平均基準(zhǔn)圖像；(6)通過逐個像素地從步驟(5)的幀平均基準(zhǔn)圖像中減去步驟(a)的幀平均暗電流圖像，來創(chuàng)建基準(zhǔn)對象的暗電流校正后的校準(zhǔn)圖像，并將結(jié)果圖像存儲在存儲器中；(c)用預(yù)定照度級的漫射光源均勻照射反面上有印刷圖像的樣本對象的正面；(d)創(chuàng)建樣本對象正面的幀平均圖像；(e)通過逐個像素地從步驟(d)的幀平均圖像中減去步驟(a)的幀平均暗電流圖像，來創(chuàng)建樣本對象正面的暗電流校正后的圖像，并將結(jié)果圖像存儲在存儲器中；以及(f)通過逐個像素地計算步驟(e)的圖像與步驟(b)(6)的圖像的比值來分析暗電流校正后的幀平均圖像以量化透背。
本發(fā)明還涉及一種設(shè)備，該設(shè)備用于當(dāng)照射和觀察基本平面樣本對象的第二面時，測量基本平面樣本對象的第一面上的印刷圖像的可見程度，該設(shè)備包括a)不透光外殼，其中包含樣本對象支架、用于漫射照射樣本對象的照明組件以及成像組件；b)計算機(jī)化圖像處理組件，用于控制由照明組件創(chuàng)建的樣本對象的照度級并用于接收成像組件創(chuàng)建的圖像并分析那些圖像，其中(1)樣本對象支架包括用于把要測量的樣本對象固定于預(yù)定平面的支撐框架和支撐壓板，(2)照明組件包括(i)半球形反射器，位于樣本支架附近，使得預(yù)定的樣本平面與半球的赤道面相對應(yīng)，半球具有漫反射內(nèi)表面和用于安裝成像組件的極孔；(ii)光源的環(huán)形陣列，位于赤道面上方并被設(shè)置用于照射半球的漫反射內(nèi)表面；(iii)光檢測器，位于光源陣列附近并且要用來檢測從半球內(nèi)表面漫反射的光級；(3)成像組件包括(i)透鏡；(ii)光檢測器陣列，透鏡將對象的圖像聚焦在光檢測器陣列上，陣列中的每個光檢測器創(chuàng)建表示從對象正面反射的光的電信號，光檢測器陣列連接到計算機(jī)化圖像處理組件。
認(rèn)為本發(fā)明的方法在若干方面是有優(yōu)勢的。對于要表征的每種類型紙來說，通過利用疊層或拍紙簿中多個未印刷的那種類型紙片，創(chuàng)建基準(zhǔn)或校準(zhǔn)圖像來設(shè)定照度級，所述疊層或拍紙簿足夠厚，使得穿透紙疊層頂部的所有光被反射或吸收。這種疊層表示“光學(xué)上無限厚”的疊層，并且如果將另外的片加到疊層上，總反射結(jié)果不會發(fā)生變化。創(chuàng)建疊層的圖像并調(diào)整照度級，使得平均像素值在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的全部動態(tài)范圍內(nèi)的預(yù)定窄范圍之內(nèi)，通常接近動態(tài)范圍的上限。這確保來自樣本的足夠高的信號電平并且使系統(tǒng)噪聲的影響減到最小。
提供反饋控制，使得在采集一組樣本的圖像的時間周期內(nèi)，通常是每組樣本僅僅幾分鐘，對樣本的照明是穩(wěn)定的。該方法也確保透背測量獨(dú)立于在視場上的照度變化。
照明組件向所測量的樣本片提供在所成像區(qū)域上具有基本均勻照度的漫射照明源。通過白色發(fā)光二極管(LED)的環(huán)形陣列沿半球形圓頂?shù)闹苓呎丈渫坑邪咨瓷渫繉拥陌肭蛐螆A頂。
也可針對照相機(jī)光檢測器暗電流來校正圖像。這基本上從對圖像測量的灰度級中消去了照相機(jī)暗電流的影響。因為可以每當(dāng)需要時就捕捉并存儲暗電流圖像，所以測量實際上對CCD光檢測器暗電流的變化(可能與照相機(jī)CCD或電子裝置中的溫度變化或老化效應(yīng)有關(guān))不敏感。所利用的CCD照相機(jī)基本上在測光方面是線性的，使得所測量像素亮度的變化直接與表面反射率的變化相關(guān)。
附圖簡述

圖1表示用于測量片上圖像的透背的系統(tǒng)的框圖；圖2是用于測量片上圖像的透背的配置的示圖；圖3A表示從第一面照射的未印刷片的分解透視圖，片固定在黑色表面上，其中光源用剖面表示；圖3B表示從第一面照射的未印刷片的分解透視圖，片在第二面上具有印刷圖像，片固定在黑色表面上，其中光源用剖面表示；圖4表示用于測量未印刷片的“無限厚拍紙簿”的反射率的片的疊層或拍紙簿的分解透視圖，其中光源用剖面表示；圖5A表示用于照射待測量片的光源配置的剖面圖；圖5B表示照明組件的仰視平面圖；圖6表示用于控制照度級的光檢測器的放大圖；圖7是說明本發(fā)明的整個方法的框圖；圖8A和圖8B表示說明調(diào)整樣本照度級的方法的框圖；圖9是圖表，表示對照TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T-425的方法產(chǎn)生的不透明值標(biāo)繪的本發(fā)明方法的輸出的相關(guān)性；以及圖10是表示適光濾光器的響應(yīng)的圖表。
本發(fā)明詳細(xì)描述透背測量原理當(dāng)評估諸如紙或膠片的印刷基材的不透明度時，量化印刷頁背面上的印刷圖像的可見性是必要的。稱為DuPontTM透背值TM或DSVTM的參數(shù)是印刷頁背面上的印刷圖像可見性的度量。DSVTM為零表示完全不透明的頁，即片背面上的印刷內(nèi)容的存在性是不可檢測的。DSVTM為100表示該頁完全透明或印刷的油墨已滲透該頁。
能根據(jù)印刷DSVTM和未印刷DSVTM之間的差異來計算油墨滲透對印刷透背的影響(稱為Strike-In)。
印刷DSVTM＝100(1-Ro’/Rinf)未印刷DSVTM＝100(1-Ro/Rinf)Strike-In＝印刷DSVTM-未印刷DSVTM其中Ro-黑背襯上單個未印刷片的反射率；Ro’-黑背襯上照明面的相反面有印刷內(nèi)容的單個印刷片的反射率；Rinf-未印刷片的無限大拍紙簿的反射率。將無限大拍紙簿定義為足夠厚的拍紙簿(或疊層)，使得增加厚度也不會改變反射率讀數(shù)。
用于DSVTM的等式包含單個片反射率與基準(zhǔn)反射率的比值的項，在這種情況下為Rinf。該項稱為反差比并且是片的不透明度的度量。單個片反射率除以基準(zhǔn)反射率從DSVTM讀數(shù)中消去了表面反射率(也稱為片亮度)的影響。從1.0中減去反差比，使讀數(shù)隨透背的增加而增加。沒有透背的片給出零DSVTM讀數(shù)。
設(shè)備如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)備10包括平面對象成像組件12、也稱為樣本成像組件以及相關(guān)的計算機(jī)化圖像處理器(或簡單計算機(jī))14。平面對象成像組件12(最好參見圖2、3A、3B、4和5A)包括不透光外殼20(圖5A)，其中安裝有樣本固定器30、照明組件40、CCD照相機(jī)50、多元透鏡60以及光學(xué)過濾器組件70和可選擇的適光過濾器組件80。
外殼20包括具有底壁22BW、側(cè)壁22SW和內(nèi)部分隔壁22W的通常為矩形的罩22E(最好參見圖5A)，在該罩上面安裝了頂部半球形圓頂22D(圖3A、3B、4和5A)。樣本固定器30包括通常為平面的夾緊裝置32，用于將樣本S平整地固定于外殼20的內(nèi)部分隔壁22W中開口處的固定框架34上。彈簧36(圖5A)使夾緊裝置32頂著框架34?？蚣?4定義樣本平面P。如圖3A、3B、4中所示，框架34具有與樣本片S接觸的黑色上表面34B。
如圖5B所示，照射平面樣本S的照明組件40包括安裝在圓頂22D內(nèi)部的光源42的環(huán)形陣列42A。如圖5A所示，光源42(優(yōu)選為發(fā)光二極管)正好安裝在內(nèi)部分隔壁22W上方，即在半球的赤道位置。圓頂22D的半球形的內(nèi)表面22S涂有白色漫反射涂層。
圖5B表示靠近極孔的半球內(nèi)表面的一部分22B具有基本不反射的區(qū)域，使得來自樣本片S的鏡面反射不被成像組件成像。該部分22B的形狀對應(yīng)于所成像的樣本片區(qū)域的形狀。該特征確保只有漫反射光才被照相機(jī)50成像。在分析具有光滑表面的平面對象時，這變得特別重要，因為來自這種光滑表面的鏡面反射可能引起圖像中的非自然信號并降低透背測量的精確性。
多個發(fā)光二極管42位于樣本S的平面P的上方并且在靠近半球形圓頂22D的周邊的環(huán)形區(qū)域內(nèi)繞樣本S的中心C對稱地布置成環(huán)形陣列42A。環(huán)形區(qū)域通常從半球形圓頂22D的直徑的大約70％延伸到大約90％。圖5B描繪典型環(huán)形陣列42A的若干部分。如圖1所示，發(fā)光二極管42被分為N組，42-1到42-N，通常是24組，每組5個LED，總共是120個LED。適合的LED由Nichia制造并作為零件號NSPW 500-BS出售。每組都使用限流電阻以串聯(lián)方式有線連接。然后每一組與其它組以并聯(lián)方式有線連接，并連接到諸如電流源的光級控制器44。
在照明組件40投入使用之前，執(zhí)行電壓檢查測試。將LED連線在一起，然后施加低電壓并進(jìn)行調(diào)整，直到所有的燈開始開啟。通常開啟電壓是11-12伏直流電壓。如果少數(shù)燈在其它燈之前開啟，則替換那些燈。這樣就確保了所有的燈必須一致地開啟并產(chǎn)生基本均勻的光級。已經(jīng)找到適合的如上所述連線的商用照明組件，可從Rochester，VT的Advanced Illumination，Inc.獲得。
如圖1所示，由來自計算機(jī)14中I/O卡120的控制信號和光檢測器組件48A控制光級控制器44，光檢測器組件48A可包括一個或多個對稱排列的光檢測器單元48(最好參見圖5A和5B)，例如來自Camarillo，CA.的Advanced Photonix，Inc.的光檢測器。圖5B表示具有四個光檢測器單元48的光檢測器組件48A，但是可采用任何預(yù)期數(shù)目的單元48。光檢測器48監(jiān)控從表面22S漫反射的光(箭頭204)并向光控制器44提供反饋信號以產(chǎn)生精確的照度級(參見圖6)。應(yīng)該理解，入射到每個光檢測器單元48上的一小部分光已經(jīng)從樣本S反射并從表面22S反射了一次或多次。
半球形圓頂22D的內(nèi)部壁22W和內(nèi)表面22S定義樣本照明室26。樣本照明室26的壁的內(nèi)表面涂有諸如均勻白涂料的高反射率、漫反射材料，以便向樣本S的表面提供均勻照度級。市場上銷售的優(yōu)選涂料名為Duraflect，一種專利防水和耐用白色反射涂料，該涂料具有94-96％的在600納米(nm)波長的反射率和有效光譜范圍350-1200nm，可從North Sutton，NH的Labsphere，Inc.獲得。
圓頂22D在頂部(例如，在極位置)有開口以容納照相機(jī)50。照相機(jī)50、多元透鏡60和過濾器組件70、80安裝在圓頂?shù)捻敳浚沟枚嘣哥R60把樣本平面P的圖像投射到照相機(jī)50內(nèi)部的CCD光檢測器陣列52上。根據(jù)透鏡的焦距，將透鏡60安裝在樣本平面P上方固定距離處。合適的透鏡是Schneider XNP 1.4/23-0302，CM-120，23mm焦距，f1.4，可從Schneider Optics Inc.，Hauppauge，NY 11788作為零件號21-010425獲得，透鏡被安裝在樣本平面P上方大約16厘米(6.325英寸)處。
光學(xué)濾光器組件70包括安裝在透鏡60和照相機(jī)50前面的商用霧濾光器，主要用于機(jī)械保護(hù)透鏡60。濾光器組件80可用于控制系統(tǒng)的光譜響應(yīng)，使得圖像分析方法利用預(yù)定光譜區(qū)中的信息，以便匹配人眼的光譜響應(yīng)。已找到用于滿足這種目的從Westford，MA的Barr Associates可得到的零件號為#0401-3030B的濾光器。該濾光器80通常安裝在透鏡60和CCD照相機(jī)50之間。濾光器80分別具有大于95％的最大透射、555nm+/-5nm的中心波長以及510nm(+/-5nm)和610nm(+/-5nm)的半功率點(diǎn)，得到近似于人眼的響應(yīng)的系統(tǒng)光譜響應(yīng)。
諸如KP-M1A型攝像機(jī)的照相機(jī)50可從Woodbury，NY的HitachiDenshi America，Ltd.獲得，該照相機(jī)具有相關(guān)的照相機(jī)電源56。照相機(jī)50包括CCD光檢測器陣列52和相關(guān)的控制和接口電子器件54，與定位的CCD光檢測器陣列52垂直地安裝，使得通過透鏡60將樣本平面P成像到CCD光檢測器上。通常將多元透鏡60的孔徑設(shè)置在大約f/8。通常樣本S上大約7厘米乘5厘米(2.8英寸×2.0英寸)的視場被成像。
照相機(jī)50產(chǎn)生的視頻圖像通過電纜16傳輸?shù)接嬎銠C(jī)化圖像處理器14。視頻電纜可能是帶有直角連接器的2米長的照相機(jī)電纜，可從Visics Corporation，Wellesley，MA作為零件號VCSL2-2.0-P獲得。計算機(jī)化圖像處理器14可包括Broadax Systems，Inc.(BSI)型號PCATXN9-154、15.4”TFT 1280×1024 SXGA便攜式計算機(jī)。
該計算機(jī)包括諸如具有模擬數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換器的15.4英寸TFT1280×1024 LCD顯示屏的顯示裝置D、帶有觸摸墊的集成鍵盤、內(nèi)置揚(yáng)聲器、300瓦ATX電源、兩個5.25”垂直驅(qū)動器機(jī)架、兩個3.5”水平開放驅(qū)動器機(jī)架、一個隱藏的3.5”驅(qū)動器機(jī)架、具有可伸縮手柄的有輪裝載包。標(biāo)準(zhǔn)配置包含ATX主板、IntelPentium-41.8GHzCPU、包括128MB SDRAM的隨機(jī)存取存儲器(RAM)14R、包括EIDE40.0十億字節(jié)(GB)硬盤驅(qū)動器的磁存儲裝置14M、1.44MB軟盤驅(qū)動器、48X EIDE CD-ROM驅(qū)動器以及包括具有Asus GeForce4MX440-8X V9180 Magic 64MB DDR TVOUT轉(zhuǎn)換板的圖形模塊G。
還包括局域網(wǎng)模塊LAN(包括3COM#3C905-TX 10/100BTLAN(PCI))和諸如Microsoft的Windows 2000 Professional的操作系統(tǒng)軟件。外圍裝置包括National Instruments Corp.型號PCI 1409多通道單色幀捕捉器100(National零件號778200-1)、型號PCI 6503數(shù)字I/O卡120(National零件號777690-1)以及諸如用于Labview的IMAQVision(零件號778044-1)的相關(guān)軟件。
為了說明的清晰，圖3A、3B和4中示出了兩種類型的光線。從光源發(fā)射的光線或入射到樣本片上的光線表示為具有空心輪廓的箭頭的箭。在任何給定點(diǎn)，僅示出3個或4個箭。從樣本片反射的箭頭被示為具有實心輪廓箭頭的箭。圖3A表示從第一面照射的未印刷樣本片S的分解透視圖，該片被固定在黑色表面34B上。為了清晰，圖3A是分解的，但是通過觀察剖面5A可意識到，樣本片S直接接觸黑色表面34B。剖面圖中示出了照明圓頂22D和光源42。箭202表示從光源42發(fā)射的光線。在從圓頂22D的內(nèi)表面22S漫反射之后，光到達(dá)樣本片，如箭206所示。樣本片表面反射的光線由箭208所示。
圖3B示出從第一面照射的印刷樣本片Sp的分解透視圖，片在第二面具有印刷圖像(反向描繪的單詞“IMAGE”)，樣本片Sp固定在黑色表面34B上。剖面圖中示出了照明圓頂22D和光源42。箭202表示從光源42發(fā)射的光線。在從圓頂22D的內(nèi)表面22S漫反射之后，光到達(dá)片，如箭206所示。由箭210描繪印刷圖像區(qū)域以外的樣本片Sp的表面所反射的光。由箭212描繪印刷圖像區(qū)域以內(nèi)的樣本片Sp的表面所反射的光。
圖4表示用于測量未印刷片的“無限大拍紙簿”的反射率的未印刷片S-S組成的疊層或拍紙簿的分解透視圖。以剖面圖表示照明圓頂22D和光源42。箭202表示從光源42發(fā)射的光。在從圓頂22D的內(nèi)表面22S漫反射之后，光到達(dá)疊層S-S的頂部片的表面，如箭206所示。由箭214描繪疊層S-S的表面反射的光。
由幀捕捉器100中的8位(256灰度級)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化視頻圖像(通常測量640像素寬乘480像素高)并將其存儲在適合的存儲裝置中。把在0伏(熄滅脈沖電平)和0.714伏之間的照相機(jī)電壓電平數(shù)字化到0和255之間的灰度級。
暗信號校正僅當(dāng)考慮到暗信號和測量真正圖像信號時，本發(fā)明所用的測量參數(shù)會基本上獨(dú)立于光級。
因此，用于校正暗信號的過程如下通過遮住照相機(jī)鏡頭或關(guān)閉光源來對暗信號取樣。將暗信號圖像(具有適合的幀平均)存儲在與隨后的基準(zhǔn)對象或樣本圖像相同大小和格式的存儲緩沖器中。
在將每個樣本圖像數(shù)字化之后，逐個像素地從基準(zhǔn)對象圖像或樣本圖像的像素值中減去存儲緩沖器中暗信號圖像的像素值。
照度級的控制如圖7和圖8A及圖8B所示，對計算機(jī)化圖像處理器14編程以精確控制照射基準(zhǔn)對象和樣本片S的光級。利用具有設(shè)置為初始輸出級的光源的照明組件40照射基準(zhǔn)對象的表面。首先通過將從基準(zhǔn)對象表面反射的光成像在光檢測器陣列上來創(chuàng)建表示圖像的電信號，從而創(chuàng)建基準(zhǔn)對象表面的數(shù)字化幀平均圖像。對電信號進(jìn)行數(shù)字化和幀平均預(yù)定次數(shù)，將圖像的幀平均表示存儲在圖像處理器存儲器14R中。確定圖像中的平均灰度級并調(diào)整基準(zhǔn)對象的照度級，直到圖像的平均灰度級達(dá)到預(yù)期的級別，通常接近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍的上限。
如圖8A和8B所示，為加速一組樣本的測量(每組具有相關(guān)的基準(zhǔn)對象)，通過最初將光源輸出級別設(shè)置到前一個基準(zhǔn)對象所用的級別來設(shè)置初始照度級。首先使用對分查找法執(zhí)行照明調(diào)整步驟，以便將光源輸出級別設(shè)置在光級預(yù)定范圍之內(nèi)。如果未達(dá)到基準(zhǔn)對象圖像的預(yù)期平均灰度級，則使用對分查找法執(zhí)行照明調(diào)整步驟，以便將光源輸出級別設(shè)置在光級的全部范圍之上。
分析方法使用選定A/D電壓的全電壓范圍，關(guān)閉照明系統(tǒng)，使得沒有光到達(dá)CCD陣列。將照相機(jī)中的光檢測器陣列在無光情況下產(chǎn)生的圖像(通常所說的“暗響應(yīng)”或“暗電流”圖像)數(shù)字化預(yù)定次數(shù)(通常64或128次)，然后幀平均。也就是說，每個圖像中對應(yīng)的圖像元素或像素相加，然后除以數(shù)字化圖像的數(shù)量，以產(chǎn)生表示CCD陣列及其相關(guān)電子器件的平均暗電流響應(yīng)的圖像。這里所謂的“平均暗電流”圖像存儲在諸如RAM的存儲器14R中或磁存儲介質(zhì)14M中，供隨后使用。
將平均暗電流圖像存儲在存儲器中，并隨后從每個樣本圖像減去平均暗電流圖像，以校正樣本圖像中的每個像素。
對于紙的每一種類型，即每一組樣本，未印刷片的“無限大疊層”用于建立預(yù)定照度級。(參見圖4)。自動設(shè)置該照度級，所以用于片的“無限大疊層”的到A/D轉(zhuǎn)換器的照相機(jī)輸出電壓是這樣的，使得圖像中的平均灰度級在預(yù)定范圍內(nèi)，例如，范圍為200+/-1?；蛘?，可調(diào)整照度級以提供最高的可能平均灰度級，而沒有用于每種白基準(zhǔn)的照相機(jī)飽和度。計算機(jī)14的數(shù)字I/O卡120向光級控制器44提供控制信號。光檢測器組件48A檢測照度級，并且光檢測器信號被饋給光級控制器44并且與控制信號進(jìn)行比較以自動控制照度級。
所謂的“無限大疊層”作為基準(zhǔn)對象，通過計算每個對應(yīng)像素的比值來將隨后獲得的樣本圖像與基準(zhǔn)對象進(jìn)行比較?！盁o限大疊層”的每個圖像被幀平均預(yù)定次數(shù)(通常64次)，然后逐個像素地從其中減去暗電流幀平均圖像，以產(chǎn)生“基準(zhǔn)對象的暗電流校正后的校準(zhǔn)圖像”。
感興趣區(qū)域本發(fā)明的系統(tǒng)也具有將樣本的測量限制在視野內(nèi)的感興趣區(qū)域(ROI)的能力。由用戶通過對光標(biāo)框的放置來交互式地指定ROI，光標(biāo)框疊加顯示在樣本圖像上，通過按壓圖像處理器14的終端輸入裝置上的適當(dāng)鍵來移動和指定光標(biāo)框的大小。在標(biāo)準(zhǔn)分析方法中，測量完整的圖像。
設(shè)備的操作圖7示出了設(shè)備的全部操作。用戶指定要測量的組中的樣本(也稱為復(fù)制品)的數(shù)量。在執(zhí)行第一個樣本的測量之前，提示用戶將基準(zhǔn)對象(通常所說的白基準(zhǔn))插入儀器。白基準(zhǔn)是與樣本紙相同類型的未印刷紙的疊層。設(shè)置照度，使得白基準(zhǔn)圖像中的平均灰度級在預(yù)定級，假定為200。為一組樣本中的所有樣本固定一次這個照度。存儲實現(xiàn)該照度級要求的光控制電路參數(shù)，用于與該白基準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的所有樣本。使用幀平均獲得在該照度級的白基準(zhǔn)的圖像。逐個像素地從白基準(zhǔn)圖像減去先前獲得的暗基準(zhǔn)圖像以創(chuàng)建基準(zhǔn)對象的暗電流校正后的校準(zhǔn)圖像。
當(dāng)分析每個復(fù)制品樣本時，通過使用存儲的光控制電路參數(shù)將照度級保持在白基準(zhǔn)使用的級別上。使用幀平均來獲得在該照度級上的樣本圖像。逐個像素地從樣本圖像中減去先前獲得的暗基準(zhǔn)圖像來創(chuàng)建校正后的樣本圖像。然后，對于每個像素，計算校正后的樣本灰度級與校正后的白基準(zhǔn)灰度級的比值。然后對所有像素求這些灰度級比值的平均值以計算平均灰度級比值R。如前所述，用于未印刷片的比值R等于Ro/Rinf，而用于印刷片的比值R′等于R′o/Rinf。未印刷片DuPontTM透背值TM、即DSVTM等于100*(1-R)并且印刷片DuPontTM透背值TM、即DSVTM等于100*(1-R′)。
如圖5B所示，光檢測器組件48A位于半球形反射器22D的內(nèi)部并且與電子電路連接以控制照明處于恒定級。從光檢測器組件48A到光級控制器44的該光學(xué)反饋確保一旦進(jìn)行了特定設(shè)置，則對組中所有的樣本能夠高精度地保持照度級，并確保以高精度返回相同照度級的能力。這防止會不利地影響透背測量的照度級的漂移。
在一個實施例中，可將本文的發(fā)明構(gòu)造為不包括沒有實質(zhì)影響組成或過程的基本和新穎特征的任何元件或過程步驟，另外，也可將本發(fā)明構(gòu)造為不包括本文沒有說明的任何元件或過程步驟。
實例本發(fā)明的方法用于表征一組涂有木漿的紙樣本。使用6家不同造紙廠供應(yīng)的紙進(jìn)行兩月一次的印刷試驗。在相同的一套印刷設(shè)備上印刷樣本。將相同的圖像印刷在所有六種來源的紙上，用于每月一次的生產(chǎn)運(yùn)行以便于紙質(zhì)量的比較。
為量化印刷圖像的透背，在樣本要測量面的反面印刷黑色圖像。要測量的面沒有印刷圖像(即，這面看上去是白色的)。圖9中的每一條趨勢線表示一種印刷試驗或一個月的數(shù)據(jù)。這些趨勢線變化，但看起來通常是一致的。
圖9的圖表說明不透明度(TAPPI T-425方法)和本發(fā)明的過程確定的DuPont印刷透背值(DSVTM)之間的關(guān)系，該關(guān)系由表格1中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。DSVTM和不透明度之間的相關(guān)性不是很高，因為計算不同并且對于DSVTM所測試的區(qū)域大小比對于下面討論的T-425方法所測試的區(qū)域大小要大得多。本發(fā)明的方法捕獲大約7厘米乘5厘米(2.58英寸乘2.0英寸)的矩形區(qū)域的圖像，但是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不透明度測量T-425使用9.53毫米(0.375英寸)圓孔進(jìn)行單個測量。因此本發(fā)明測量的區(qū)域幾乎是標(biāo)準(zhǔn)T-425不透明度測量的50倍。
表格1
在表1中，測量的第一組的六個值在圖9中以正方形符號表示，測量的下一組的六個值在圖9中以三角形符號表示并且測量的最后一組的六個值在圖9中以圓形符號表示。
不透明度的測量是根據(jù)紙漿和造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(TAPPI)標(biāo)準(zhǔn)T-425om 01，標(biāo)題為“Opacity of Paper(15/d Geometry，Illuminant A/2Degrees，89％ Reflectance Backing and Paper Backing)”“樣本開口應(yīng)該是直徑為14.8+/-0.25mm(0.584+/-0.010英寸)的圓。照明區(qū)域應(yīng)該是直徑為9.53+/-0.38mm(.375+/-0.015英寸)、以樣本開口為中心的圓?！北砀?中報告的實驗測量結(jié)果中，不透明度被測量三次并且所報告的值表示這三次測量結(jié)果的平均值。
圖10表示本發(fā)明的光譜響應(yīng)的圖表(照相機(jī)傳感器、傳感器(CCD陣列部分)的紅外削減濾光器和綠濾光器)。選擇綠濾光器使得總的儀器光譜響應(yīng)緊密匹配于白晝視覺響應(yīng)，即人眼的響應(yīng)。因此，使用本發(fā)明進(jìn)行的測量會與人類觀察者的觀察很好地相關(guān)。
本發(fā)明的說明性優(yōu)選實施例的描述不是要限制本發(fā)明的范圍?？刹捎酶鞣N修改、備選結(jié)構(gòu)和等效物而不背離所附權(quán)利要求的真正精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于當(dāng)照射和觀察片的第二面時、測量所述片的第一面上的印刷圖像的可見程度的方法，所述方法包括a)通過以初始照度級照射不包含圖像的基準(zhǔn)對象來創(chuàng)建所述基準(zhǔn)對象的校準(zhǔn)圖像；b)確定所述基準(zhǔn)對象的平均灰度級，并調(diào)整所述照度級以實現(xiàn)預(yù)定的平均灰度級；c)以與用于創(chuàng)建所述校準(zhǔn)圖像的照度級相同的照度級照射所述片并創(chuàng)建所述片的圖像；d)測量所述片的所述圖像的像素亮度與所述校準(zhǔn)圖像的對應(yīng)像素亮度的比值；以及e)計算所述像素亮度的比值的平均值。
2.一種圖像分析方法，用于通過利用透鏡和光檢測器陣列來測量具有反射正面的基本平面樣本對象正面的光學(xué)反射率，表征所述樣本對象反面上的印刷圖像的透背，所述方法包括(a)創(chuàng)建幀平均暗電流圖像，該圖像表示在無光的情況下所述光檢測器陣列的響應(yīng)；(b)用漫射光源均勻照射基準(zhǔn)對象的正面，所述基準(zhǔn)對象在其反面沒有圖像，并創(chuàng)建所述基準(zhǔn)對象的校準(zhǔn)圖像，包括以下步驟(1)用所述漫射光源照射所述基準(zhǔn)對象的正面，所述光源的輸出被設(shè)定為初始照度輸出級；(2)創(chuàng)建所述基準(zhǔn)對象正面的幀平均圖像；(3)確定步驟(b)(2)中創(chuàng)建的所述基準(zhǔn)對象圖像中的平均灰度級；(4)通過調(diào)整所述光源的輸出并重復(fù)步驟(2)和(3)，直到所述基準(zhǔn)對象正面反射的平均光級導(dǎo)致步驟(2)的所述圖像中的平均灰度級在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍內(nèi)的預(yù)定值的預(yù)定范圍之內(nèi)，來調(diào)整所述照度級，從而建立預(yù)定照度級；(5)創(chuàng)建所述基準(zhǔn)對象正面的幀平均基準(zhǔn)圖像；(6)通過逐個像素地從步驟(5)的所述幀平均基準(zhǔn)圖像中減去步驟(a)的所述幀平均暗電流圖像，來創(chuàng)建所述基準(zhǔn)對象的暗電流校正后的校準(zhǔn)圖像，并將結(jié)果圖像存儲在存儲器中；(c)用預(yù)定照度級的所述漫射光源均勻照射反面上有印刷圖像的樣本對象的正面；(d)創(chuàng)建所述樣本對象正面的幀平均圖像；(e)通過逐個像素地從步驟(d)的所述幀平均圖像中減去步驟(a)的所述幀平均暗電流圖像，來創(chuàng)建所述樣本對象正面的暗電流校正后的圖像，并將結(jié)果圖像存儲在存儲器中；以及(f)通過逐個像素地計算步驟(e)的所述圖像與步驟(b)(6)的所述圖像的比值來分析所述暗電流校正后的幀平均圖像以量化透背。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，創(chuàng)建所述基準(zhǔn)對象正面的幀平均圖像的所述步驟(b)(2)和創(chuàng)建所述樣本對象表面的所述幀平均圖像的步驟(d)均包括以下步驟(1)將從所述正面反射的光成像到光檢測器陣列上，以創(chuàng)建表示所述圖像的電信號；(2)使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對所述電信號進(jìn)行數(shù)字化；(3)對所述電信號進(jìn)行幀平均預(yù)定次數(shù)；以及(4)將所述圖像的幀平均的數(shù)字化表示作為圖像元素的陣列存儲在存儲器中。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述分析步驟(f)包括以下步驟(1)逐個像素地計算步驟(c)的所述圖像與步驟(b)(6)的所述圖像的比值；(2)計算所述像素的所述比值的平均值；以及(3)從值1.0減去所述平均值以創(chuàng)建透背的定量表示。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括與所述透鏡和所述光檢測器陣列結(jié)合的光學(xué)濾光器，使得所述組合的整體光譜響應(yīng)是這樣的，即所述圖像分析方法利用預(yù)定光譜區(qū)中的信息。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括位于所述透鏡和所述光檢測器陣列之間的所述光學(xué)濾光器，使得所述組合的整體光譜響應(yīng)是這樣的，即所述圖像分析方法利用近似人眼的白晝視覺響應(yīng)的光譜區(qū)中的信息。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在光級的預(yù)定范圍內(nèi)使用對分查找法執(zhí)行所述照明調(diào)整步驟(b)(4)。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在光級的全部范圍內(nèi)使用對分查找法執(zhí)行所述照明調(diào)整步驟(b)(4)。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(b)到(f)之前，選定視野內(nèi)的感興趣區(qū)域(ROI)。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)對象由多個對象組成，每個對象的反面沒有圖像，一個對象層疊在另一個對象上，使得疊層中對象數(shù)目的改變不會導(dǎo)致所述基準(zhǔn)對象的圖像中的平均灰度級的可測量差異。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)對象由多個紙張組成。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述樣本對象是紙張。
13.一種用于當(dāng)照射并觀察基本平面樣本對象的第二面時、測量所述基本平面樣本對象的第一面上的印刷圖像的可見程度的設(shè)備，所述設(shè)備包括a)不透光外殼，其中包含樣本對象支架、用于漫射照射樣本對象的照明組件以及成像組件；b)計算機(jī)化圖像處理組件，用于控制由照明組件創(chuàng)建的樣本對象的照度級并用于接收成像組件創(chuàng)建的圖像并分析那些圖像，其中(1)所述樣本對象支架包括用于把要測量的樣本對象固定于預(yù)定平面的支撐框架和支撐壓板，(2)所述照明組件包括(i)半球形反射器，位于樣本支架附近，使得預(yù)定的樣本平面與半球的赤道面相對應(yīng)，半球具有漫反射內(nèi)表面和用于安裝成像組件的極孔；(ii)光源的環(huán)形陣列，位于赤道面上方并被設(shè)置用于照射半球的漫反射內(nèi)表面；(iii)光檢測器，位于光源陣列附近并且要用來檢測從半球內(nèi)表面漫反射的光級；(3)所述成像組件包括(i)透鏡；(ii)光檢測器陣列，透鏡將對象的圖像聚焦在光檢測器陣列上，陣列中的每個光檢測器創(chuàng)建表示從對象正面反射的光的電信號，光檢測器陣列連接到計算機(jī)化圖像處理組件。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，每個光源包括白色發(fā)光二極管。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，還包括與所述透鏡和所述光檢測器陣列組合的光學(xué)濾光器，所述濾光器具有光譜響應(yīng)，使得所述設(shè)備的整體光譜響應(yīng)是預(yù)定的光譜響應(yīng)。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，還包括位于所述透鏡和所述光檢測器陣列之間的光學(xué)濾光器，使得所述設(shè)備的整體光譜響應(yīng)近似于人眼的白晝視覺響應(yīng)。
17.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述半球的內(nèi)表面具有在所述極孔附近的基本不反射的區(qū)域，使得所述成像組件不對來自所述對象的鏡面反射進(jìn)行成像。
18.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述半球的內(nèi)表面具有在所述極孔附近、對應(yīng)于所成像的樣本對象的區(qū)域的基本不反射的區(qū)域。
全文摘要
一種量化諸如紙張的平面對象反面上的印刷圖像的可見透背的圖像分析方法和具有成像組件(12)和處理器(14)的設(shè)備(10)。使用白基準(zhǔn)對象設(shè)置照度級。白基準(zhǔn)圖像存儲在計算機(jī)存儲器中。反面有印刷圖像的平面對象的圖像存儲在計算機(jī)存儲器中。逐個像素地計算兩個圖像的比值并計算比值的平均值以表征可視透背。測量基本上獨(dú)立于照度級和圖像顏色深淺。
文檔編號G01N21/84GK1771504SQ200480009467
公開日2006年5月10日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者R·W·布勞恩, R·V·小坎寧, M·H·埃文斯, R·W·約翰遜, B·拉賓, D·R·斯蒂爾維爾 申請人:納幕爾杜邦公司