“全息防伪印刷质量在线检测系统”实现方法

吕伟，石俊民

（1.深圳劲嘉集团股份有限公司，深圳 518057；2. 北京弘浩千瑞科技有限公司，北京 102209）

“全息防伪印刷质量在线检测系统”实现方法

吕伟1，石俊民2

（1.深圳劲嘉集团股份有限公司，深圳 518057；2. 北京弘浩千瑞科技有限公司，北京 102209）

全息防伪材料的随角变色性导致其印刷图像质量难以检测和控制。通过显微分析全息防伪材料表面微观结构，结合材料特有的光学特性，设计检测系统整体方案，包括图像采集单元，图像处理单元，通讯与输入输出单元。图像处理与分析模块是检测系统的核心功能模块，通过软件对输入的图像数据进行系统化计算，并与标准图像数据进行对比分析，输出运算结果。系统具有自我学习功能，对印刷产品的细小缺陷能够自动识别并补充到数据库中，同时修订标准图像参数。项目提出新型印刷图像在线检测系统方案，能有效解决了现有印刷质量在线检测系统的图像处理与数据传输不适合全息防伪印刷的问题。

全息材料；防伪印刷；在线监测

全息防伪印刷是以全息防伪材料为承印物的印刷技术。全息防伪材料是以塑料薄膜或纸为基材，其上有全息图案，具有防伪功能的新型材料，包括全息镀铝膜、全息透明上光膜、全息烫金纸、全息转移纸等[1]。全息防伪材料不仅具有防伪功能，而且其色彩泽丽，在包装印刷中得到广泛应用，全息防伪印刷已成为产品防伪包装及提高产品档次的最佳解决方案，国内不少高档烟酒产品都采用全息防伪材料包装。

但全息防伪材料的随角变色性导致其印刷图像质量难以检测和控制，如颜色失真、漏印、沾污等常见印刷图像质量问题。国内外大多数印刷质量在线检测系统是基于普通纸张研发，不适合全息防伪印刷质量的在线检测，导致全息防伪印刷品质量无法得到保证，极大的制约全息防伪印刷行业的发展。

目前大多数印刷企业对全息防伪印刷品主要采用人工在线肉眼监视、通过监视器对生产线进行监控并对产品随机抽样定格检查、印后人工复查等几种方法来检测和控制印刷质量。人工在线肉眼检测，只能适合印刷机低速生产，速度超过70米/分钟，肉眼无法识别，同时很容易造成视觉疲劳。监视器监控并随机抽样检查方法，属于随机性抽检，存在漏检的可能性，无法全面保证产品的品质。产品印刷完成后人工复检，可以保证交付给客户的产品符合客户品质要求，但是由于生产已经完成，发现问题时已经造成材料的浪费，损失不能及时拯救和挽回。

1 全息防伪材料的光学特性研究

显微分析全息防伪材料表面微观结构，分析不同类型全息防伪材料表面光栅的排列和光栅组成；并采用电镜扫描仪分析不同全息转移膜，如BOPP、PVC、OPP与PET的表面微观结构的组成与排列，并分析不同转移膜所形成的衍射光栅对印刷图像质量检测的影响。

根据全息防伪材料表面微观结构分析结果，分析不同光栅结构和不同光栅排列方法对衍射光栅偏移量的影响，并研究衍射光栅所辖区域的空间色彩变化情况；依据全息防伪材料衍射光栅结构与光栅衍射原理，从理论上分析全息防伪材料表面光学特性，并根据光学原理建立相应的全息防伪材料表面反射变化的数学模型。分析全息防伪材料表面衍射光栅的呈色机理对镭射纸表面印刷图像探测的影响，为全息防伪印刷的在线质量检测系统研究提供理论依据。

2 检测系统整体方案设计

通过对全息防伪材料的分析，结合材料特有的光学特性，对检测系统整体方案进行设计，包括图像采集单元，图像处理单元，通讯与输入输出单元。其中：图像采集单元通过扫描完成印刷图像的数据采集，将采集的数据传送到图像处理单元进行数据处理；图像处理单元依据设定的产品品质标准，将接收到的印刷图像数据信息处理运算，输出运算结果；通讯与输入单元完成整个系统的数据传输，协调各个单元完成相关的工作，接收操作人员的输入指令以及印刷设备上的相关控制信号，同时也可以向操作人员反馈运算结果信号以及向印刷机发出控制调整信号。

首先基于全息防伪材料的光学特性研究图像处理算法消除全息防伪材料衍射光对印刷图像数字化的影响。考虑印刷图像在线检测的大数据量、大运算量、耗时及图像检测的实时性要求等特点，建立一个简单易行的运动图像采集标准，并基于此标准研究彩色图像的在线检测实现算法。研究印刷图像质量分类的图像识别算法，实现高精度、高速度的图像质量判断以及图像质量问题判断。研究高速采集的图像数据流的图像运算、存储、传输与管理方法。

图像采集模块主要包括图像传感器、图像数据传输控制和光源系统，主要完成印刷图像的在线数据采集。光源系统设计为光源腔结构，用于消除全息材料反射引起的扫描信号偏差。图像处理模块完成图像采集模块传回的图像数据的处理工作。将图像数据与设定的标准图像阈值进行对比，判断印刷图像是否存在质量问题，通过执行模块输出处理结果。如印刷品颜色出现偏差，发出控制调整信号调整印刷机水墨位，从而实现印刷品色差的调整。系统控制模块对检测系统进行流程管控，通过人机交互设计完成对系统的管理，相关信息可以在输出端显示器实时显示。

图像处理与分析模块是检测系统的核心功能模块，通过软件对输入的图像数据进行系统化计算，并与标准图像数据进行对比分析，输出运算结果。系统具有自我学习功能，对印刷产品的细小缺陷能够自动识别并补充到数据库中，同时修订标准图像参数，通过对数据库信息不断完善和分析，总结产品缺陷类型，为操作人员和管理人员全面了解产品品质提供资料。

3 采用的方法

（1）显微分析全息防伪材料表面微观结构，并基于信息光学理论分析全息防伪材料的光学特性。

（2）针对全息防伪印刷图像的特点，采用数字图像处理算法对印刷图像预处理中的彩色图像的灰值化、图像对比度增强、阈值分割、运动模糊的消除等关键环节的处理方法和算法进行了研究，如采用分段线性转换算法或直方图处理算法来提高灰度图像对比度，考虑基于数学形态学理论来研究印刷图像的运动模糊消除算法。

（3）从特征空间的选择与特征提取、相似性测度的选择、搜索空间和搜索策略的选择等几个方面对印刷图像的配准算法进行了研究，如基于灰度形态学研究全息防伪印刷图像的边缘提取算法。

4 技术路线及工艺流程

技术路线及工艺流程如图1。

图1 技术路线及工艺流程

5 项目的特色和创新突破点

（1）全息防伪印刷图像的光学特性及呈色机理分析，为全息防伪印刷图像处理提供理论依据。

（2）设计全息防伪印刷图像的采集光路，包括光源和相机类型的选择、照明和探测光路的设计等，可解决现有印刷图像质量检测系统不能准确获取全息防伪印刷图像的问题。

（3）建立客观有效的全息防伪印刷图像质量的评判标准并提出一整套的全息印刷图像处理方法，如全息印刷真彩色图像灰值化方法；全息印刷图像运动模糊定向补全算法和全息印刷图像最佳阈值分割算法等。

（4）提出新型印刷图像在线检测系统方案，能有效解决了现有印刷质量在线检测系统的图像处理与数据传输不适合全息防伪印刷的问题。

6 总结

通过对全息防伪印刷品质量在线检测技术进行研究，完善图像检测系统的光路设计，研究新的全息防伪印刷图像配准算法，不仅可以大大提高全息防伪材料印刷品质量的稳定性和一致性，而且大幅度地节省劳动力，减轻工人劳动强度，并填补了技术空白，对提高我国包装印刷行业技术现代化水平有着重要意义。

[1] GB/T22467.3-2008，防伪材料通用技术条件 第3部分：防伪膜[S].

Implementation Method of On - line Quality Inspection System for Anti - counterfeiting Printing on Holographic Material

LYU Wei, SHI Jun-min

Holographic anti-counterfeiting materials with the color discoloration of the printed image quality is diff i cult to detect and control. Through the microscopic analysis of the microstructure of holographic anti - falsif i cation materials, combined with the unique optical properties of materials, the overall design of the detection system, including image acquisition unit, image processing unit, communication and input and output unit. The image processing and analysis module is the core function module of the detection system. The input image data is systematically calculated by software, and compared with the standard image data, the operation result is output. The system has a self-learning function, the small defects in printed products can be automatically identif i ed and added to the database, while revising the standard image parameters. Project put forward a new printing image online detection system program,can effectively solve the existing printing quality online detection system, image processing and data transmission is not suitable for holographic security printing.

holographic materials; anti - counterfeiting printing; on - line inspection system

TS853+.6

A

1400 (2017) 10-0051-03

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.10.003

吕伟（1971-），男（汉族），深圳劲嘉集团股份有限公司副总经理，硕士。二十余年包装印刷行业工作经验，主要从事技术研发、生产管理、品质管理以及设备管理工作。