(57)【要約】【課題】ゴム、プラスチックまたは紙のシートといった変形可能なキャリヤ上に印刷された画像の印刷品質を自動的に正確に判断することを可能とする。【解決手段】光電子画像捕捉デバイスおよび画像処理システムを使用することにより、ゴム、プラスチックまたは紙のシートといった変形可能なキャリヤ上に印刷された画像の印刷品質を自動的に判断する方法であって、検査対象画像の上に適切な格子を重ね合わせ、その後、未変形基準画像とみなされる１つの画像におけるそれらの位置に関して当該画像の特徴的な構造の位置の変位を測定することによってキャリヤの変形を測定し、前記検査対象画像の画素を前記基準画像の濃度計しきい値と比較する前に、当該検査対象画像を変形させることによりそれらの特徴的な構造が前記基準画像のものと同じ位置を持つように構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子画像捕捉デバイスおよび画像処理システムを使用することにより、ゴム、プラスチックまたは紙のシートといった変形可能なキャリヤ上に印刷された画像の印刷品質を自動的に判断する方法であって、検査対象画像の上に適切な格子を重ね合わせ、その後、未変形基準画像とみなされる１つの画像におけるそれらの位置に関して当該画像の特徴的な構造の位置の変位を測定することによってキャリヤの変形を測定し、前記検査対象画像の画素を前記基準画像の濃度計しきい値と比較する前に、当該検査対象画像を変形させることによりそれらの特徴的な構造が前記基準画像のものと同じ位置を持つようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記基準画像は、トレーニングセット（ＴＳ）の画像の１つであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記未変形基準画像は、トレーニングセット（ＴＳ）の画像の平均であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記特徴的な構造は、前記印刷された形状の特徴的構造上でオペレータによって手動で位置決めされることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記特徴的な構造は、ｑを，それの最大値のとき座標（Ｘ，Ｙ）のメッシュにおける特徴的構造の配置を示す数量、Ｉ（Ｐ）を，画素Ｐの位置における電子画像の値、および、Ａを，その中心がＰにある小さな正方形表面積としたとき、次の式［１］により規定される品質（９）の格子の各メッシュセルの最大値に自動的に位置決めされることを特徴とする方法。
【数１】
2011020455.tif 000004
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記特徴的な構造は、前記格子の各メッシュセル内で、前記画像の特徴的な位相幾何学または幾何学的構造を抽出することにより自動的に識別されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記基準画像内と同じ特徴的な構造位置を得るべく前記検査対象画像を変形させる代りに、該基準画像が該検出対象画像内と同じ特徴的な構造位置を得るように変形されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙、プラスチックまたはゴムのシートといった変形可能な材料上の印刷品質の非常に入念な検査方法に関する。
特に、本発明は、印刷された形状がモデルとは極めて異なるものとなってしまったもののそれでもなお人間の目には受容可能なものであるような歪みをシートの変形が生み出す場合でさえ、正しい検査を行なうために、印刷品質の自動的検査において慣習的に用いられる基準モデルを検査中に実時間で修正するための方法を構成する。実際に、これまで知られてきた全ての方法は、剛体モデル（変形不能）を使用しており、従ってシート（紙、プラスチック、ゴム）の変形を考慮するためには、誤った検出の危険性を低減するために誤差を著しく緩和することが強いられている。特に、これは、非常に往々にして、検査の入念度を許容し難いほどに低下させている。
【背景技術】
【０００２】
印刷品質を判断するために一般に幾つかの方法が知られている。この印刷品質を判断するための幾つかの方法は、例えば、Catmull, E. et al., "3-D Transformations of Images in Scanline Order", Computer Graphics, (SIGGRAPH 80 Proceedings), vol. 14, No 3, pp.279-285, July 1980、 L. Stringa, "Installation for Quality Control of Printed Sheets, Especially Security Paper", February 4, 1994（米国特許第５５９８００６号）、 L. Stringa, "Procedure for producing a reference model intended to be used for automatically checking the printing quality of an image on paper", March 7 1995 （米国特許第５７７８０８８号）、および、 Bolza Sheneman et al., "Method for Quality Control of Printed Sheets", January 24, 1995（米国特許第５３８４８５９号）に記されている。幾人かの著者は極めて様々なセットアップを提案してきたが、そのほとんど全ての解決法は、同じ基礎的アプローチに基づいており、それは以下のように適切に要約することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５５９８００６号明細書
【特許文献２】米国特許第５７７８０８８号明細書
【特許文献３】米国特許第５３８４８５９号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Catmull, E. et al., "3-D Transformations of Images in Scanline Order", Computer Graphics, (SIGGRAPH 80 Proceedings), vol. 14, No 3, pp.279-285, July 1980
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基準モデルおよび（または）濃度計測定値に関する関連する印刷許容誤差を用いて検査システムを「トレーニング (train)」するために、「優れた」印刷品質を持つオブジェクト（シート等）の単数または複数のサンプルのセット（トレーニングセット：ＴＳ）が使用される。一般に、この方法は、電子走査システムを用いて、ＴＳおよびＴＳ画像（または、それらの幾分かの望ましい変形）の平均であり得る「基準モデル」（時として「黄金テンプレート (golden template)」と呼ばれる）の構成のサンプル画像を獲得することから成る。解析済み画像の各画素についての濃度計基準値（すなわち、基準画像内の値）に加えて、一対の限界値が計算される（例えば、過度に暗い（ＴＤ）、そして過度に明るい（ＴＬ））。これらの限界を抽出するために幾つかの技術が提案されてきた。例えば、一部の著者は、ＴＤとして画素の濃度の最小値（ＴＳ全体に渡る）をそしてＴＬとしてその最大値を使用している。その他の著者は、画像の勾配を使用したり、標準偏差を使用したりしている。いずれの場合でも、基準モデルは、画像の各々の画素と濃度計限界ＴＤおよびＴＬを結びつける印刷許容誤差の１つの記述である。これらの記述は、「剛体」である。すなわち、印刷された構造の相対的変位を生み出す変形を考慮に入れる可能性は全く無い。従って、従来の解決法の全てにおいて、しきい値（ＴＤおよびＴＬ）の許容誤差を緩和するための幾つかの巧妙なプロセスの導入にも関わらず、キャリヤ(carrier：紙、プラスチック等）の変形は、「誤った欠陥」の検出、すなわち、人間の検査官に関しては欠陥をもたないにもかかわらず、システムにより拒絶される印刷が検出される主たる原因となっている。さらに、この種の許容誤差の増大により検査はかなり粗雑で不正確なものとなり、その結果品質規準は低下する。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術に鑑み、ゴム、プラスチックまたは紙のシートといった変形可能なキャリヤ上に印刷された画像の印刷品質を自動的に正確に判断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、光電子画像捕捉デバイスおよび画像処理システムを使用することにより、ゴム、プラスチックまたは紙のシートといった変形可能なキャリヤ上に印刷された画像の印刷品質を自動的に判断する方法であって、検査対象画像の上に適切な格子を重ね合わせ、その後、未変形基準画像とみなされる１つの画像におけるそれらの位置に関して当該画像の特徴的な構造の位置の変位を測定することによってキャリヤの変形を測定し、前記検査対象画像の画素を前記基準画像の濃度計しきい値と比較する前に、当該検査対象画像を変形させることによりそれらの特徴的な構造が前記基準画像のものと同じ位置を持つようにしたことを特徴とする方法が提供される。
【０００８】
本発明によれば、検査対象物（紙、プラスチック、ゴム等）は、印刷されたシートの電子画像を生成するべく望まれる解像度で、例えば、ＣＣＤカメラ（リニアまたはマトリッスク、白黒またはカラー）といった周知の光電子手段により光学的に分析される。
１つの電子画像は、一般に矩形マトリクスとして組織された離散的濃度値セットから成る。マトリクスの各々の要素（画素）は、画像の対応する部分により反射される光の強度の１つの尺度である。これらの濃度値は往々にして２５６のグレーレベルへとデジタル化される（例えば、ゼロは黒に、２５５は白に対応する）。
【０００９】
カラー画像の場合、記述は、一般に、画像の各々の画素により反射される光の赤、緑および青色成分に対応する３つのマトリクスで構成されている。
以下の記載において、「画像」という用語は、白黒画像（濃度値の１つのマトリクス）およびカラー画像（３つのマトリクス）の両方の場合において、つねに「電子画像」の代りに用いられる。
【００１０】
その他の著者による幾つかの解決法においてそうであるように、この方法の最初の段階は、優れたシートの「モデル」を構築するために使用されることになる「適切に印刷された」シート（すなわち、許容できない欠陥が全く無いシート）の単数または複数の画像から成るトレーニングセット（ＴＳ）の定義づけである。
【００１１】
図１は本発明の原理を説明するための図であり、図１（ａ）は印刷された形状の一例としての「Ａ」という文字を示し、また、図１（ｂ）は３×３の格子の重ね合せを示す。図２は本発明の原理を説明するための図であり、図２（ａ）は図１の形状の５つの特徴的構造を示し、図２（ｂ）はこれらの構造と５つのノード（Ｋ１からＫ５まで）の結びつきを示す。図３は本発明の原理を説明するための図であり、図３（ａ）において、図２の文字「Ａ」の変形の例を示し、図３（ｂ）はこの変形された形状内のノードの位置を示す（各ノードについての対応する変位が強調されている）。すなわち、図３（ｂ）において、Ｋi ［ｉ∈（１, ５）］が原画像内のｉ番目のノードの位置にあり、Ｋ'iが変形された画像の中のその位置であるとすると、本発明においては、全ての変位Δｘi およびΔｙi が、Δｘ2 およびΔｘ5 を除いてゼロであることが判る。
【００１２】
以下の段階が行われる。
・（ＴＳ画像の１つ、その平均、または、任意の適切な変形、例えば、シート上に印刷された形状のエッジの画像であり得る）基準として使用されるべき画像を、ＴＳから抽出する段階。
・例えば、図１（ｂ）に示されるように、格子（正則またはその他）を重ね合わせることにより、多数の副画像に画像を分割する段階。
【００１３】
・格子の各々のメッシュセル (mesh cell)において、その位置がキャリヤの変形を測定するために使用されることになる印刷済み形状（図２参照）の強く特徴づけされた構造を選択する段階。以下では、これらの構造の位置をモデルのノードと呼ぶことにする。
・構造は、或る種の極めて精巧な位相幾何学的特性 (topological characteristics)から、メッシュセル内の画像の勾配の最大値といったようなその他の比較的単純な特性に至るまで変動し得る。特性構造ひいてはモデルのノードを自動的に抽出するための幾つかの技術が、「発明の実施の形態」の項において例示して説明される。
【００１４】
・基準画像内のその位置からのノードの許容可能な最大変位として変形しきい値を各ノードについて定義付けする段階。
最後に、モデルの各画素について、その目的で特別に使用される技術（最大−最小：標準偏差；勾配の変動等）のいずれかに従って濃度計しきい値（例えば、過度に暗い（ＴＤ）、そして過度に明るい（ＴＬ））を（ＴＳ画像から）構築することが可能であるが、これらを計算する前に、各々のＴＳ画像について以下の処理が実施される。
【００１５】
・基準画像内の対応するノードとの関係におけるＴＳ画像の各ノードの変位を測定する段階。
・そのノードの全てが基準画像内で同じ位置を有するように、ＴＳ画像の弾性変形を生成する段階。この段階は、例えば「２−パスメッシュワープ (2-pass mesh warping)」（前記した Catmull, E. et al., "3-D Transformations of Images in Scanline Order" を参照）といったような周知の画像変形アルゴリズムのいずれかを使用することにより望ましい精度で行うことができる。
【００１６】
従って、本発明によれば、モデルを構築するためのプロセスは、ノードが基準画像内と同じ位置を有するような形で適切に変形されたＴＳ画像について行なわれる。
検査の間、その印刷品質チェックのために評価すべき画像は、まず、最初にＴＳ画像と同じ要領で処理され、その後、その他のアプローチの場合と同様にモデルの限界（しきい値）と比較される。かかるプロセスは、過度に変形されたシートを不良として拒絶する一方で、他の場所で規定された変形しきい値よりも小さい変形を確実に補正し非常に入念な検査を保証するようにする。
【００１７】
最終的に、検査されるべき画像を補正する代りに、モデルを（例えば、しきい値ＴＤおよびＴＬといったその限界と共に）変形させることによって、同じ結果を得ることができるということは明白である。
【発明の効果】
【００１８】
以上、詳述したように、本発明によれば、ゴム、プラスチックまたは紙のシートといった変形可能なキャリヤ上に印刷された画像の印刷品質を自動的に正確に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の原理を説明するための図であり、図１（ａ）は印刷された形状の一例としての「Ａ」という文字を示し、また、図１（ｂ）は３×３の格子の重ね合せを示す。
【図２】図２は、本発明の原理を説明するための図であり、図２（ａ）は図１の形状の５つの特徴的構造を示し、図２（ｂ）はこれらの構造と５つのノード（Ｋ１からＫ５まで）の結びつきを示す。
【図３】図３は、本発明の原理を説明するための図であり、図３（ａ）において、図２の文字「Ａ」の変形の例を示し、図３（ｂ）はこの変形された形状内のノードの位置を示す（各ノードについての対応する変位が強調されている）。
【図４】図４は、本発明に係る検査システムの一実施例の標準的な配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一例として、以下に、好ましい実施例の１つが図面に基づいて記述される。
図４は、検査システムの配置を示し、レンズ２および照明システム３を伴うリニアＣＣＤカメラ１が、シリンダ５のまわりを回転する間に検査すべきシート４の画像を捕捉するために使用されるようになっている。
【００２１】
カメラにより走査されたラインは、各シートの（電子）画像を生成するべく画像処理サブシステム６の第１のバッファ（メモリ）回路の中に逐次記憶される。
ＤＳＰ (Digital Signal Processor) 、超高速ＰＣ等といったプログラマブルコンピュータ或いは特別なハードウェアのいずれかに基づくことのできる画像処理サブシステム６は、モデル構築段階および検査段階の間に、異なる動作を実行する。
【００２２】
モデル構築段階の間に、このサブシステムは、次の動作が行われる。
・ＴＳのシートの画像を捕捉し、それらを適切なメモリ内に記憶する。
・ＴＳから（自動的に或いはオペレータインタフェース７の手段を用いてオペレータの助けを借りて）基準画像を抽出する。
・基準画像上に格子を重ね合わせる。格子の行列の数は、オペレータインタフェース７を用いてオペレータにより入力されてもよいし或いは予め規定されていてもよい。
【００２３】
・メッシュセル全体に渡りその最大値において、次の式［１］から得られる数量ｑまたは画素の座標として、格子の各メッシュセル内のノード位置を識別する。
【数１】
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【００２４】
式［１］において、Ｉ（Ｐ）は、画素Ｐの位置における電子画像の値であり、Ａは、その中心がＰにある非常に小さな正方形表面積（数画素）である。
偏微分の絶対値のＡ全体に渡る和の積を最大限にすることにより、ノードが、容易に検出可能な垂直および水平位置を持つ１つの構造であることが保証される。
【００２５】
その後、ＴＳの各画像は、以下の段階に従って、画像処理サブシステム６により処理される。
・基準画像内の対応するノードとの関係におけるＴＳ画像の各ノードの変位Δｘ，Δｙの識別。この実施例においては、オペレーションは最大相関方法を用いて行われる。すなわち、その中心をノードの座標ｘ0，ｙ0   に持つ、基準画像の小さな矩形部分Ｓ0 が、相関計数が最大である位置ｘ1，ｙ1 を見い出すべくＴＳ画像の各々の位置（画素）の上に段階的に中心が移動させられる同じ寸法の部分Ｓ1 と比較される。次に、変位は、Δｘ＝ｘ1 −ｘ0 およびΔｙ＝ｙi −ｙ0 により得られる。
【００２６】
・そのノードが基準画像内と同じ位置を有するようにするためのＴＳ画像の変形。この実施例においては、動作は、「２−パスメッシュワープ」（前記した Catmull, E. et al., "3-D Transformations of Images in Scanline Order" を参照）と呼ばれる既に言及したアルゴリズムを使用することによって行われる。
・平均Ａvg（Ｐ）のＴＳおよび画像の各画素の標準偏差Ｓgm（Ｐ）の変形済み画像全体に渡る計算。
【００２７】
本発明の本実施例に従った検査段階の間、画像処理サブシステム６は、次の動作を行う。
・まず最初に、カメラ１によって捕捉された検査すべき各々の画像について、モデル構築段階中に使用されたものと同じ変形を行なう。従って、検査すべき画像は、そのノードが基準画像内と同じ位置を有するような形で変形されることになる。
【００２８】
・その後、検査すべき画像の各画素Ｐの値Ｉ（Ｐ）と、平均Ａvg（Ｐ）の対応する値の間の差Δ（Ｐ）を計算する。
・最後に、過度に変形されたシート（すなわち、少なくとも１つのノードの変位が既に規定されたしきい値よりも大きいシート）があればそれを不良として拒絶する。同様に、中心Ｐおよび半径Ｒを伴う部域内部で少なくともＭ個の画素全体に渡りΔ（Ｐ）＞ＫＳgm（Ｐ）であるようなシートも拒絶する。パラメータＫ，ＭおよびＲは、（オペレータインタフェース７を用いて）検査の入念度を定義づけするべくオペレータにより選択され得る。
【００２９】
他の好ましい実施例には、以下の構成が含まれる。
ａ）マトリクスカメラによるリニアカメラの置換。このような場合、照明サブシステムは、画像の適正な捕捉を確保するため、カメラの画像周波数と同期化されたフラッシュデバイスを使用しなければならなくなる。
ｂ）基準画像としてのＴＳの画像の平均の使用。
【００３０】
ｃ）ノードの手動選択。
ｄ）「最良の重ね合せ(best superposition)」（または、最良の整合(best matching))と呼ばれる技術を用いてノードの変位を探索するための、（各々１つのノード上にその中心を持つ）多数の小さなマスク（テンプレート）の使用。
ｅ）モデル（基準画像）内と同様にそのノードを位置づけするような形で検査すべき画像を変形する代りに、そのノードが検査すべき画像内と同じ位置を持つような形でモデルが変形される、既に言及したアプローチ。
ｆ）標準偏差に対する比例性とは異なった、しきい値の定義づけの使用。
【符号の説明】
【００３１】
１    ＣＣＤカメラ
２    レンズ
３    照明システム
４    シート
５    電源スイッチ
６    画像処理サブシステム
７    オペレータインタフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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