專利名稱：測(cè)量基底的表面質(zhì)量的方法及裝置的制作方法
測(cè)量基底的表面質(zhì)量的方法及裝置
本發(fā)明涉及一種測(cè)量基底的表面質(zhì)量的方法及裝置，尤其涉及一 種測(cè)量將在其上印刷圖像的基底的表面質(zhì)量的方法及裝置。
印刷圖像的質(zhì)量取決于多個(gè)變量，例如印刷壓力，墨粘度以及溫 度，而這些通常是印刷操作員的責(zé)任，印刷操作員對(duì)印刷圖像的質(zhì)量 采用主觀評(píng)估，并且相應(yīng)地對(duì)這些變量進(jìn)行調(diào)整，直到印刷圖像的質(zhì) 量令人滿意為止。
然而，除了操作員可控制的那些變量之外，其上印刷圖像的基底 的表面均勻性也會(huì)影響印刷圖像的質(zhì)量。例如，在壓印中，印刷圖像 的質(zhì)量主要地取決于將圖像轉(zhuǎn)印到其上的表面的平滑度或粗糙度，以 及平滑度/粗糙度的均勻分布。平滑度空間分布的均勻性在將墨轉(zhuǎn)印到 基底上的過程中可能是最重要的方面?；妆砻嫔系母唿c(diǎn)和低點(diǎn)將接 收到較多或較少的墨，取決于它們的相對(duì)高度(或深度)。在墨轉(zhuǎn)印的 過程中的任何不均勻都被人視作斑點(diǎn)(也即，補(bǔ)綴)，并且在印刷的文
字或字符中被視為字符的形成欠佳和/或邊緣清晰度欠佳。
本發(fā)明尤其是設(shè)計(jì)用于"接觸式"印刷方法(例如，平版印刷、輪 轉(zhuǎn)影印、苯胺印刷以及其他印刷方法，其中載有墨的印刷板與將要把 墨轉(zhuǎn)印到其上的表面相接觸)中所用的諸如銅版紙和硬紙板(例如較重 或較厚規(guī)格的紙張)之類的基底，與將圖像轉(zhuǎn)印到基底的表面所使用 的方法無關(guān)，雖然必須認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可以用于測(cè)量將要把圖像印刷于 其上的任意基底的質(zhì)量。它也可以用來測(cè)量任意類型的凸雕或凹刻表 面的質(zhì)量。
現(xiàn)有技術(shù)的一種對(duì)基底表面質(zhì)量的測(cè)試方法是在基底上印刷一個(gè) 圖像，然后評(píng)估該印刷圖像的質(zhì)量。然而，這是一種昂貴且耗時(shí)的過 程，其結(jié)杲完全與當(dāng)時(shí)所測(cè)試的特定批次的紙張相關(guān)。由于這些原因， 基底的制造商將會(huì)傾向于一種可以在圖像印刷到基底上之前，測(cè)量任 意批次的任意給定基底的質(zhì)量的測(cè)試。
人們開發(fā)了多種方法以通過分析基底的表面來預(yù)測(cè)印刷性能。在一種方法中，將基底保持在一對(duì)平行的金屬板之間。然后，將空氣以 已知壓力從基底的一端推到另一端，并且測(cè)量在該基底的另一端處的 壓力。該測(cè)試的結(jié)果旨在指示該基底的表面粗糙度(或平滑度)。然而， 這樣的方法具有缺點(diǎn)，即，它突出了一個(gè)特定區(qū)域的表面粗糙度，且 不能對(duì)整個(gè)基底進(jìn)行平均，因此將不一定能確定所有區(qū)域的表面粗糙 度，如果這些區(qū)域與被測(cè)基底的整體面積相比較小。這些設(shè)備只能測(cè) 量非常小區(qū)域內(nèi)的局部粗糙度，因此不能提供較大樣本區(qū)域內(nèi)的粗糙 度的均勻分布的指示。
在另一種方法中，使用一種外形測(cè)量設(shè)備，其引入了激光技術(shù)以 測(cè)量表面粗糙度。這樣的設(shè)備受限于測(cè)量非常小的區(qū)域，有時(shí)只有l(wèi) 平方厘米那么小，因此，在生產(chǎn)質(zhì)量控制方面，人們發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備不
能可靠地預(yù)測(cè)基底的表面質(zhì)量。這是因?yàn)橛∷C(jī)通常使用具有2米或 2米以上的寬度的基底，以及因此1平方厘米的測(cè)試區(qū)域不夠大。
因此本發(fā)明的目的在于，提供一種用于測(cè)量基底的表面質(zhì)量的方 法及裝置，以使得可以在將圖像印刷到基底上之前對(duì)將要印刷到該基 底之上的圖像的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種測(cè)量基底的表面質(zhì)量的 方法，包括如下步驟
使用圖像獲取裝置獲取該基底的一部分表面的數(shù)字圖像；且
測(cè)量所獲得的數(shù)字圖像的一個(gè)或多個(gè)物理特征以提供對(duì)該基底的 表面質(zhì)量的指示。
該方法可以包括步驟在獲取該數(shù)字圖像之前，與基底的主要平 面成一個(gè)角度照明該基底的所述部分表面。
所獲得的數(shù)字圖像可以包括多個(gè)像素，且該方法可以包括對(duì)所獲 得的數(shù)字圖像之內(nèi)的測(cè)試區(qū)域的像素，測(cè)量每個(gè)像素的物理特征并且
特征作比較。該測(cè)得的物理特征可以是每個(gè)像素的亮度。
該方法可以包括將在測(cè)試區(qū)域內(nèi)每個(gè)^f象素的測(cè)得的物理特征與兩
個(gè)或更多個(gè)相鄰像素的測(cè)得的物理特征作比較。
所獲得的數(shù)字圖像之內(nèi)的像素測(cè)試區(qū)域可以包括多個(gè)以行和列排
列著的像素，且該方法可以包括將在該測(cè)試區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素的測(cè)得的物理特征與位于同一行之內(nèi)的第一相鄰像素的測(cè)得的物理特征以及位 于同一列之內(nèi)的第二相鄰像素的測(cè)得的物理特征作比較。
該方法可以包括，將在測(cè)試區(qū)域內(nèi)的每個(gè)像素的測(cè)得的物理特征 與位于相鄰行或列之內(nèi)的相鄰像素的測(cè)得的物理特征作比較。
該方法可以包括對(duì)獲得的數(shù)字圖像之內(nèi)的像素測(cè)試區(qū)域測(cè)量一組 相鄰像素的物理特征，并且將該組像素的測(cè)得的物理特征與相鄰的一 組像素的物理特征作比較。測(cè)得的物理特征可以是每組相鄰像素的平 均亮度。
當(dāng)獲得的數(shù)字圖像是彩色數(shù)字圖像，如24位彩色數(shù)字圖像時(shí)，該 方法可以包括在測(cè)量該數(shù)字圖像的每個(gè)像素的物理特征之前將該彩色 數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化成例如8位數(shù)字圖像的灰階數(shù)字圖像的步驟。
該方法可以包括對(duì)數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū)域測(cè)量平均像素亮度值以及 對(duì)該測(cè)試區(qū)域內(nèi)所有像素的亮度值測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差的步驟。
替代地，彩色數(shù)字圖像可分成它的每個(gè)成分部分，例如紅光、綠 光和藍(lán)光，以產(chǎn)生三個(gè)獨(dú)立的成分部分的灰階數(shù)字圖像，每個(gè)灰階數(shù) 字圖像都是8位灰階數(shù)字圖像。在這種情況下，該方法可以包括對(duì)每 種成分部分的灰階數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū)域測(cè)量平均像素亮度值以及對(duì)該 測(cè)試區(qū)域內(nèi)所有像素的亮度值測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差的步驟。
該方法可以包括選擇具有最大像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差的灰階數(shù)字圖像供 進(jìn)一步分析的后續(xù)步驟。具有最大像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)字圖像將會(huì)提 供對(duì)基底表面質(zhì)量的更加準(zhǔn)確的評(píng)估，因?yàn)檩^大的像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差代 表了該測(cè)試區(qū)域內(nèi)像素的較寬范圍的亮度值。諸如麻布之類的外來或 雜質(zhì)材料對(duì)圖像的污染可能對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算產(chǎn)生不確定的結(jié)果，因此 應(yīng)避免此類材料的存在。
如果該基底包括增亮劑，則藍(lán)光成分灰階數(shù)字圖像不可以用于進(jìn) 一步分析，且替代地可以使用紅光或是綠光成分部分的灰階數(shù)字圖像。 優(yōu)選地，所使用的成分部分的灰階圖像是具有最大的像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差 的圖像。
該方法可以包括增強(qiáng)灰階數(shù)字圖像的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì) 灰階數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素的亮度值進(jìn)行調(diào)整，如果該像素 的亮度值不同于該灰階數(shù)字圖像測(cè)試區(qū)域內(nèi)的所有像素的平均亮度
7值。灰階圖像的增強(qiáng)也可以包括通過一個(gè)放大系數(shù)來調(diào)整測(cè)試區(qū)域內(nèi) 每個(gè)像素的亮度值。例如，該放大系數(shù)可以由每個(gè)像素的亮度值與該 灰階數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū)域內(nèi)所有像素的平均像素亮度值的算術(shù)距離來 確定。
該方法可以包括調(diào)整測(cè)試區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素的亮度值以將該測(cè)試區(qū) 域內(nèi)所有像素的亮度值基本均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)可見光譜區(qū)的步驟。在
8位數(shù)字圖像中，該范圍是介于0到255之間的像素亮度值，其中0 是黑色而255是白色。得到的數(shù)字圖像經(jīng)常被稱為單色圖像，且可以 高于或低于8位，例如，4位、12位或16位。
該方法可以包括在可視輸出上提供該增強(qiáng)灰階數(shù)字圖像的數(shù)字顯 示的步驟。然后用戶可以觀察該增強(qiáng)數(shù)字圖像，其將示出比該基底表 面的其他區(qū)域更高/更低的基底表面區(qū)域。如果顯示的數(shù)字圖像未清晰 地示出基底表面的高/低區(qū)域，該方法可以包括進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)字圖像的 步驟。對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行的增強(qiáng)可以根據(jù)用戶所期望的執(zhí)行任意次數(shù)， 直到該數(shù)字圖像的高/低區(qū)域?qū)τ脩魹榭梢姟?br> 該方法可以包括提供指示了印刷圖像的質(zhì)量的可視輸出的步驟。 該可視輸出可以包括一個(gè)數(shù)值(下文稱為"表面狀況數(shù)"〈topographic number〉)，其向用戶指示了該基底的表面質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種圖像獲取裝置，該裝置包括
用于獲取基底的一部分表面的數(shù)字圖像的設(shè)備；
用于存儲(chǔ)與所獲得的數(shù)字圖像相關(guān)的信息的存儲(chǔ)設(shè)備；以及 用于測(cè)量所獲得的數(shù)字圖像的一個(gè)或多個(gè)物理特征以提供指示了 該基底的質(zhì)量的信息的設(shè)備，其中該裝置也包括用于照明該基底的那 部分表面的光源，以在該基底表面上于該基底表面的不平坦區(qū)域處或 附近投下陰影。
現(xiàn)在將參考附圖僅以舉例方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖l是基底的一部分表面的數(shù)字圖像；
圖2是基于

圖1的數(shù)字圖像的增強(qiáng)數(shù)字圖像；
圖3是對(duì)圖1中的數(shù)字圖像的紅光、藍(lán)光和綠光成分取平均而產(chǎn) 生的圖像的像素亮度值的柱狀圖；圖4是基于圖1的數(shù)字圖像的增強(qiáng)數(shù)字圖像的像素亮度值的柱狀
圖5是圖2的數(shù)字圖像的像素亮度值的柱狀圖 圖6是為獲得圖1中的基底表面的表面狀況數(shù)，也即表面粗糙度 所執(zhí)行的計(jì)算過程的一部分的說明圖7是用于本發(fā)明的方法中的概念性的像素目標(biāo)區(qū)域的視圖8是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的流程圖；且
圖9是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的圖像獲取裝置的概略圖。
圖l是基底25的一部分表面的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像由圖像獲取 裝置20獲得(如圖12所示)。圖1的圖像(下文將更詳細(xì)討論)是一 張白紙的一塊區(qū)域的通常的示例，其表面在未借助工具的人眼看來， 是相對(duì)無特色的并且是均勻的。然而，這張白紙的表面并非平滑，而 這一點(diǎn)可能對(duì)于印刷到基底25上的圖像質(zhì)量具有有害的影響。因此， 確定基底25的表面粗糙度以及該粗糙度分布的均勻程度是有好處的。 根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于評(píng)估基底25的表面質(zhì)量，并且用于展現(xiàn)對(duì) 于人眼不可見的表面粗糙度。
該裝置20是一個(gè)數(shù)字掃描儀，其包括一個(gè)外殼21,該外殼在其 上表面具有一個(gè)被玻璃或透明塑料23覆蓋的開口，待測(cè)的基底25置 于該玻璃或透明塑料上且由重物26將其保持在原位。該裝置20包括 多個(gè)圖像傳感器27，例如CCD(電荷耦合的)或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體)圖像傳感器。每個(gè)圖像傳感器27是將光轉(zhuǎn)化成電荷的小型 光敏二極管或圖像點(diǎn)(photosite)的集合。在使用中，圖像傳感器 27支承在一個(gè)可相對(duì)于基底25移動(dòng)的結(jié)構(gòu)上，從而可以獲取大于圖 像傳感器27的面積的圖像。這樣的配置在本領(lǐng)域內(nèi)是^^知的。
該裝置20也包括電源28和光源29,后者的目的在于以與基底25 的主要平面成一個(gè)角度——優(yōu)選大約45——向該基底25的表面的將 被測(cè)試的區(qū)域照明。由光源29向基底25的表面進(jìn)行的照明，以在該 基底25表面上于該基底25表面的不平坦區(qū)域處或附近投下陰影(例 如，將陰影投射在基底"表面上比相鄰區(qū)域更低的區(qū)域上)。這樣的 陰影，雖然棵眼無法察覺到，但可被圖像點(diǎn)27檢測(cè)到，且因此以陰影
9區(qū)域中像素亮度值降低的方式記錄在所獲得的數(shù)字圖像中。
在本實(shí)施例中的圖像獲取裝置20能夠在至少600ppi (像素每英寸) 的分辨率下以全彩或灰階獲取數(shù)字圖像。然而，必須理解，也可以使 用能夠獲取更低或更高分辨率的數(shù)字圖像的圖像獲取裝置20。
該圖像獲取裝置20連接到一個(gè)計(jì)算機(jī)(未示出)，該計(jì)算機(jī)被編程 以處理從圖像傳感器27接收到的信息，并且將該信息轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)的數(shù) 字圖像(圖1中的圖像)，優(yōu)選地，將該圖像顯示在數(shù)字屏幕(未示出) 上以〗更用戶，見看。
在此實(shí)施例中，圖1中的圖像是一個(gè)24位600ppi(像素每英寸) 的彩色圖像(雖然圖1中的圖像是它的灰度色調(diào)復(fù)制)。在此實(shí)施例 中，為了評(píng)估基底25的表面質(zhì)量，必須將該24位彩色圖像轉(zhuǎn)化成例 如8位數(shù)字圖像的灰階數(shù)字圖像?；译A數(shù)字圖像是每個(gè)像素的絕對(duì)光 反射值(亮度值)從0變化到255的圖像，無論在轉(zhuǎn)化之前其最初色 彩為何。像素亮度值Q (零)是黑色，而像素亮度值255是白色?；?色的變化深淺具有介于1到254之間的值。因此， 一旦轉(zhuǎn)化成灰階圖 像，每個(gè)像素的最初色彩就對(duì)該圖像的評(píng)估不起作用。如果使用了該 彩色圖像，那么，如果例如有一塊深藍(lán)色區(qū)域被較淺的色彩所環(huán)繞， 則該深藍(lán)色區(qū)域可能被錯(cuò)誤地解釋為該基底的表面上的一個(gè)凹槽。這 將會(huì)給出差勁的和不可靠的結(jié)果。
可以進(jìn)行彩色圖像向灰階圖像的轉(zhuǎn)化，要么通過從該彩色數(shù)字圖 像提取色彩以提供8位灰階圖像，要么通過將該24位彩色數(shù)字圖像分 成各個(gè)成分部分，例如，紅光、綠光和藍(lán)光成分部分，以產(chǎn)生三個(gè)獨(dú) 立的灰階數(shù)字圖像，每個(gè)都是8位灰階數(shù)字圖像。
許多基底包括例如一種化學(xué)顏料的增亮劑，其被紫外光激發(fā)以發(fā) 射可見藍(lán)光。由于該藍(lán)光被反射回到該圖像獲取裝置20的圖像點(diǎn)27, 該顏料給予該基底明亮和清潔的外觀，也即光滑而不粗糙的外觀。當(dāng) 使用通過從原始的24位彩色數(shù)字圖像進(jìn)行單色萃取而獲得的該合并 灰階數(shù)字圖像時(shí)，該增亮劑將對(duì)測(cè)量該基底的質(zhì)量具有有害影響，因 其傾向于"隱藏"基底25的表面上的許多波狀起伏。
因此，為了避免這個(gè)問題，如果基底25包括增亮劑，則藍(lán)光成分 部分的灰階8位數(shù)字圖像不用于進(jìn)一步分析，而使用所獲得的紅色或綠色成分部分的灰階數(shù)字圖像。
如果不知道將被測(cè)試的基底是否包括增亮劑，則對(duì)藍(lán)光成分部分 的分析應(yīng)該突出是否存在增亮劑?？梢酝ㄟ^像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差比紅光或 綠光成分灰階數(shù)字圖像的像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差遠(yuǎn)低的藍(lán)光成分部分灰階數(shù) 字圖像，揭示這一點(diǎn)。
如果該基底25包括增亮劑，該計(jì)算機(jī)將必須確定應(yīng)該使用紅光還 是綠光成分部分的灰階數(shù)字圖像來作進(jìn)一步處理。這可以通過比較綠 光和紅光成分灰階數(shù)字圖像中每一個(gè)的像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差而確定。具有 最大像素亮度標(biāo)準(zhǔn)偏差的成分部分的灰階數(shù)字圖像應(yīng)該提供對(duì)基底25 的表面質(zhì)量的更為準(zhǔn)確的測(cè)量，因?yàn)檩^大的像素亮度標(biāo)準(zhǔn)差表示該數(shù) 字圖像中的像素的較寬范圍的亮度值，并因此表示該基底25的表面的 較高和較低區(qū)域之間的更大的差。
然而，在這個(gè)實(shí)施例中，為了測(cè)量如圖1所示的基底25的那部分 表面的質(zhì)量，首先將圖1的圖像轉(zhuǎn)化成8位灰階數(shù)字圖像。這一點(diǎn)是 通過將紅光、藍(lán)光和綠光成分部分取平均達(dá)到的，因?yàn)樵诨?5中不 存在增亮劑。在圖3中示出了通過將圖1的紅光、藍(lán)光和綠光成分部 分取平均產(chǎn)生的圖像的柱狀圖。
常見的是，在灰階數(shù)字圖像中，組成該數(shù)字圖像的像素的亮度值 是連續(xù)的，也即，該灰階數(shù)字圖像包括了至少一個(gè)亮度值在介于O(零) 和255之間的每個(gè)整數(shù)像素亮度值上的像素。對(duì)于人眼來說分辨具有 數(shù)值相近的亮度值的像素是困難的。例如，人眼將會(huì)發(fā)現(xiàn)不可能分辨 具有亮度值150和151的像素。
因此，有利的是(雖然并非必要)，在測(cè)量該基底25的表面質(zhì)量 的時(shí)候，增強(qiáng)該灰階數(shù)字圖像(如從圖1的圖像所獲得的)以使得基底 25的表面的高/低區(qū)域在灰階數(shù)字圖像內(nèi)更為可見。本發(fā)明的方法是 通過使用下述計(jì)算調(diào)整每個(gè)像素的亮度值來達(dá)到這一點(diǎn)的
NV = 0PLV + ((OPLV -OMPLV) x IV) + MS (1)
其中
NV =新像素亮度值；
0PLV =原始像素亮度值；
0MPLV =原始圖像平均像素亮度值；IV =內(nèi)插值；且
MS =平均移動(dòng)(shift)值(見下文)。
上述計(jì)算中的平均移動(dòng)值將該平均像素亮度值向著可見光語區(qū)的 中央(也即在0到255之間大概位于半中間的某處)調(diào)整或"移動(dòng)"， 且以下述方法計(jì)算
MS = IV x ((MPLV-255) + 1) (2)
其中
MS =平均移動(dòng)值；且 MPLV =平均像素亮度值。
如果未執(zhí)行該平均移動(dòng)，那么該灰階數(shù)字圖像的某些像素的亮度 值， 一旦被調(diào)整，將會(huì)在可見光譜區(qū)的上限或下限溢出。例如，如果 一個(gè)像素的亮度值被調(diào)整為大于255，它就在該數(shù)字圖像上顯示為白 色，與它的像素亮度值是否被調(diào)整到256還是270無關(guān)。有必要最小 化，且優(yōu)選地徹底避免這種方式的溢出，因?yàn)檫@會(huì)損失有用數(shù)據(jù)，隨 后不能利用這些數(shù)據(jù)來測(cè)量該基底25的表面質(zhì)量。內(nèi)插值必須由用戶 仔細(xì)選擇。所使用的內(nèi)插值越大，該數(shù)字圖像的增強(qiáng)就越強(qiáng)。然而， 過大的內(nèi)插值將會(huì)導(dǎo)致某些像素溢出，因此必須仔細(xì)選擇內(nèi)插值。
作為示例，當(dāng)在灰階圖像數(shù)字圖像(如從圖1的圖像中所獲得的) 上執(zhí)行計(jì)算(l)的平均移動(dòng)時(shí)，同時(shí)內(nèi)插值為7,產(chǎn)生了圖4的柱狀圖。 該柱狀圖對(duì)于測(cè)量基底25的表面質(zhì)量將不會(huì)十分有用，因?yàn)樵撓袼亓?度值仍然相對(duì)緊密地?fù)頂D，且算術(shù)平均亮度值209并非足夠接近可見 光諉區(qū)的中心，意味著該像素亮度值沒有充分地?cái)U(kuò)散到整個(gè)可見光鐠 區(qū)。
當(dāng)執(zhí)行計(jì)算(2)的時(shí)候，產(chǎn)生了圖5的柱狀圖和圖2的數(shù)字圖像。 從圖5的新柱狀圖可以看出，在相鄰的像素亮度值之間具有巨大的差 距，且這些像素亮度值擴(kuò)散到了整個(gè)可見光i普區(qū)。例如，可能存在一 個(gè)像素具有比如15Q的亮度值，但卻不存在具有145到149或151到 155的亮度值的像素。因此圖2的新數(shù)字圖像向用戶更充分地顯示了 基底25的表面的從圖1的數(shù)字圖像中不能看到的高/低區(qū)域。此外， 使用內(nèi)插值7不會(huì)導(dǎo)致在可見光譜區(qū)的上限或下限的任何溢出，如從 圖2的不具有大面積的白色或黑色的增強(qiáng)數(shù)字圖像中看出的。一旦圖1的圖像被增強(qiáng)以產(chǎn)生圖2的圖像，該計(jì)算機(jī)就在例如計(jì) 算機(jī)顯示器(未示出)的可視輸出上顯示圖2的圖像，從而用戶可以看 到該數(shù)字圖像是否已經(jīng)被增強(qiáng)到期望程度。如果用戶選擇過高的內(nèi)插 值，新數(shù)字圖像的大片區(qū)域?qū)?huì)顯示出白色或黑色而只有很小的灰色 區(qū)域被示出，這是沒有用的。因此，為每個(gè)具體測(cè)試選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)插 值是需要反復(fù)試驗(yàn)的。
如果顯示的數(shù)字圖像不能充分地示出基底的表面的高/低區(qū)域，該 數(shù)字圖像可被再次增強(qiáng)，例如，通過使用一個(gè)不同的內(nèi)插值向從圖1 的圖像中獲得的該灰階數(shù)字圖像再次運(yùn)用上述計(jì)算(1)和(2)。
當(dāng)然，雖然有可能使用未經(jīng)增強(qiáng)的灰階數(shù)字圖像來測(cè)量基底25的 表面質(zhì)量，但所獲得的關(guān)于基底25的表面質(zhì)量的結(jié)果通常是數(shù)值上太 小，以使得不能獲得關(guān)于基底的表面質(zhì)量的有意義的指示。因此，在 用計(jì)算機(jī)對(duì)灰階圖像進(jìn)行評(píng)估之前對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)是有好處的。當(dāng)然，
必須理解，也可以使用其他技術(shù)以增強(qiáng)灰階數(shù)字圖像的質(zhì)量。
一旦灰階數(shù)字圖像被增強(qiáng)，且如所顯示的對(duì)用戶是可接受的，該 計(jì)算機(jī)就評(píng)估該增強(qiáng)灰階數(shù)字圖像以測(cè)量基底的表面質(zhì)量。如下執(zhí)行 這一點(diǎn)(見圖8)。
計(jì)算機(jī)測(cè)量在圖2的增強(qiáng)數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū)域內(nèi)的像素的亮度 值，并且將相鄰像素的亮度值相互比較以確定基底的表面質(zhì)量。測(cè)試 區(qū)域優(yōu)選地是在增強(qiáng)的灰階圖像之內(nèi)的具有x個(gè)像素列和y個(gè)像素行 的一個(gè)矩形區(qū)域。然而，可以使用任何形狀的測(cè)試區(qū)域。
已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法在分析其中每個(gè)像素測(cè)量為0. 168mmx 0. 168mm(也即150ppi)的數(shù)字圖像時(shí)提供了準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，當(dāng)從 圖2的具有600ppi (也即，每個(gè)像素是0. 042mmx 0. 042mm)的分辨率的 增強(qiáng)數(shù)字圖像開始時(shí)，有必要將該圖像重新調(diào)節(jié)，直到該像素尺寸被 減少到0. 1695mmx 0. 1695mm，而這一點(diǎn)是通過如下創(chuàng)建"基礎(chǔ)"數(shù)字 圖像70 (見圖6)來實(shí)現(xiàn)。該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70是通過對(duì)該增強(qiáng)數(shù) 字圖像的測(cè)試區(qū)域內(nèi)的相鄰像素組的亮度值作平均而創(chuàng)建的，以通過 計(jì)算測(cè)試區(qū)域內(nèi)由16個(gè)^f象素組成的每個(gè)陣列(例如每個(gè)陣列為4x4 像素)的像素亮度值的算術(shù)平均數(shù)并且將結(jié)果存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ) 設(shè)備之中而創(chuàng)建一個(gè)較小的數(shù)字圖像。這些結(jié)果限定了 "基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70，其在以像素?cái)?shù)量衡量的尺寸上是圖2的增強(qiáng)數(shù)字圖像的1/16。 當(dāng)然，圖1中的原始圖像可以用較低的等于像素尺寸0. 1695mmx 0. 169Smm(也即150ppi)的分辨率獲取，而不是重新調(diào)節(jié)圖2中的圖像。 然而，這會(huì)導(dǎo)致有用的數(shù)據(jù)丟失，因?yàn)檠b置20的圖像傳感器27將會(huì) 錯(cuò)過在基底25的表面的亮度值的重大變化。獲得較高分辨率的圖像且 然后對(duì)像素組的像素亮度值重新調(diào)節(jié)或者取平均，提供了對(duì)基底25的 表面的更加準(zhǔn)確的表示。
然后計(jì)算機(jī)使用一個(gè)概念性的目標(biāo)區(qū)域60 (見圖7)將在該"基 礎(chǔ)"數(shù)字圖像70內(nèi)的每個(gè)像素的亮度值與其相鄰像素比較。該目標(biāo)區(qū) 域60在尺寸上是2x2像素，并且包括了 4個(gè)像素定位區(qū)域，這些像 素定位區(qū)域被標(biāo)為l(位于左上)、2(右上)、3(左下)和4(右下)。 該目標(biāo)區(qū)域60可以替代地僅僅包括兩個(gè)像素定位區(qū)域，例如像素定位 區(qū)域1和2，或^^素定位區(qū)域1和3。仍然替代地，目標(biāo)區(qū)域60可以 包括三個(gè)4象素定位區(qū)域，例如，呈L形且僅包括像素定位區(qū)域1、 2和 3。
計(jì)算機(jī)使用概念性的目標(biāo)區(qū)域60以限定該測(cè)試區(qū)域的哪些像素 將在單次操作中被相互比較。在每次操作中，落入該概念性的目標(biāo)區(qū) .域60的每個(gè)像素的亮度值被測(cè)量并且被相互比較。
在本實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)在該圖像的測(cè)試區(qū)域的左上角開始，并且 將目標(biāo)區(qū)域60沿著該"基礎(chǔ)，，數(shù)字圖像70的每個(gè)像素行直線地移動(dòng)， 或者替代地沿著該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70的每個(gè)像素列直線地移動(dòng)，直 到該目標(biāo)區(qū)域60達(dá)到該行或該列的末尾為止。然后該計(jì)算機(jī)將該目標(biāo) 區(qū)域60移回相鄰行或列的開始，且將該目標(biāo)區(qū)域60沿著那行或列移 動(dòng)。從而該計(jì)算;f幾測(cè)量并且實(shí)際比較在該測(cè)試區(qū)域內(nèi)的每個(gè)可能的2 x 2像素陣列。
該計(jì)算機(jī)將該像素定位區(qū)域1置于該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70的除一 行以外的所有行像素上，并且置于該"基礎(chǔ)，，數(shù)字圖像70的除一列以 外的所有列像素上。這是因?yàn)閷?duì)于在該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70的邊緣處 的一像素行和一像素列，落入該像素定位區(qū)域l的像素只能與一個(gè)相 鄰像素相比較。雖然可以根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行這樣的比較，例如通 過使用只有兩個(gè)像素定位區(qū)域的概念性目標(biāo)區(qū)域，無論是并排的還是一個(gè)在另一個(gè)上面，但是它與在該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70的剩余部分所 做的比較將不會(huì)一致。
然后，對(duì)于每個(gè)2x2像素陣列，該計(jì)算機(jī)計(jì)算落入該像素定位區(qū) 域1之內(nèi)的像素的亮度值和落入該像素定位區(qū)域2、 3和4之內(nèi)的像素 的亮度值之間的差。在此實(shí)施例中，可以使用兩種計(jì)算之一，雖然必 須理解可以使用任何其他適合的計(jì)算。對(duì)于每個(gè)2x2像素陣列，第一 種計(jì)算落入像素定位區(qū)域1、 2、 3和4之中的像素的亮度值的絕對(duì)差 的和，4吏用如下z〉式
=(abs (1-2)十a(chǎn)bs (2-4)十a(chǎn)bs (4-3) +
abs (3-l)+abs (1-4)+abs (3-2)) (3)
第二種計(jì)算在彼此對(duì)角地相鄰的像素的亮度值之間的絕對(duì)交叉差 (也即，在落入像素定位區(qū)域1和4之內(nèi)的像素的亮度值之間的差， 以及落入像素定位區(qū)域2和3之內(nèi)的像素的亮度值之間的差)的和， 使用下述公式
=(abs(l-4) + abs(2-3)) (4)
術(shù)語"abs"，是"絕對(duì)值，，的縮寫，在上述公式中的使用具有其 通常的數(shù)學(xué)意義，也即abs(x-y) = V((x-y)2)。
該差的計(jì)算突出每個(gè)2 x 2像素陣列之內(nèi)的像素的像素亮度值是 否相差很大。如果該差的計(jì)算很大，這指示了具有粗糙度的區(qū)域的邊 緣。如果該差的計(jì)算較小，這指示了在基底25的該位置沒有粗糙度或 有很小的粗糙度。也就是說，該差的計(jì)算將根據(jù)基底在該2x2像素陣 列處的粗糙度來區(qū)分"高山"和"小丘"。
可以使用由計(jì)算機(jī)使用上述公式中任何一個(gè)公式所獲得的結(jié)果， 不會(huì)影響對(duì)基底25的表面質(zhì)量的整體評(píng)估。
然后該計(jì)算機(jī)將每個(gè)2 x 2像素陣列的差計(jì)算的結(jié)果存儲(chǔ)在其存 儲(chǔ)設(shè)備的第一區(qū)域之中。作為單獨(dú)的功能，該計(jì)算機(jī)也計(jì)算每個(gè)2 x 2 像素中的四個(gè)像素的平均亮度值，并將此存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備 的第二區(qū)域之中。
完成這兩計(jì)算之后，該計(jì)算機(jī)根據(jù)情況將該概念性的目標(biāo)區(qū)域移 動(dòng)到該行或列的下個(gè)相鄰像素上，在那里該計(jì)算機(jī)進(jìn)行該差運(yùn)算，將 結(jié)杲記錄在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備之中，并且繼續(xù)前進(jìn)，等等。該結(jié)果例如以表格形式被保存在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中，該表格形式的每個(gè)
條目來自該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70中的一個(gè)像素位置。
一旦將該目標(biāo)區(qū)域60移遍了整個(gè)"基礎(chǔ)，，數(shù)字圖像70，該計(jì)算 機(jī)就使用在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備的第一 區(qū)域內(nèi)的列表數(shù)據(jù)對(duì)該"基礎(chǔ)，， 數(shù)字圖像70之內(nèi)的像素計(jì)算所獲得的絕對(duì)差(或絕對(duì)交叉差)亮度值 的標(biāo)準(zhǔn)差(以下稱為"SD1")和算術(shù)平均數(shù)(以下稱為"AVE1")。 這些被保存在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)第三區(qū)域中。
然后該計(jì)算機(jī)使用在其存儲(chǔ)設(shè)備的第二區(qū)域內(nèi)的結(jié)果以創(chuàng)建一個(gè) 新的數(shù)字圖像80,其是該"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像70的尺寸的1/4(見圖6)。 該計(jì)算機(jī)還對(duì)該新數(shù)字圖像80之內(nèi)的所有像素計(jì)算亮度值標(biāo)準(zhǔn)差(下 文稱為"SD2")，并且這也被存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中。
然后，如下計(jì)算向用戶指示基底25的表面質(zhì)量的表面狀況數(shù)
表面狀況數(shù)=SD1 x AVE1 x SD2 (5) 且該表面狀況數(shù)在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示以供用戶考慮。
該AVE1項(xiàng)的值與該數(shù)字圖像70表面粗糙度的變化率(也即，峰/ 槽是較高且具有陡峭坡度或該峰/槽是較低且具有低緩坡度？)有關(guān)， 而該SD1項(xiàng)的值示出了在該AVE1項(xiàng)的值中存在的均勻性程度。因此這 兩項(xiàng)的乘積提供了關(guān)于該基底的表面粗糙度的指示。該SD2項(xiàng)與該數(shù) 字圖像80之內(nèi)的像素的亮度值的均勻性有關(guān)，且將該項(xiàng)包括進(jìn)表面狀 況數(shù)計(jì)算中具有調(diào)節(jié)高度響應(yīng)的SD1項(xiàng)的效果。將SD2項(xiàng)包括進(jìn)來也 使得該SD1項(xiàng)與AVE1項(xiàng)響應(yīng)于空間分布。
該表面狀況數(shù)可以通過僅計(jì)算AVE1和SD1項(xiàng)的乘積來獲得，但這 將不如上述公式(5)精確。
表面狀況數(shù)為0 (零)指示了該基底的表面，無論粗糙還是光滑， 是均勻的(也即，任何粗糙度都在該基底的表面上均勻分布)，而較 大的表面狀況數(shù)則指示了相反的情況，也即該表面的任何粗糙度不是 均勻分布的。操作員可以使用該表面狀況數(shù)，并結(jié)合所顯示的增強(qiáng)數(shù) 字圖像，來確定該基底的質(zhì)量是否足夠好，從而確定印于其上的圖像 是否會(huì)具有較好質(zhì)量。如果該表面狀況數(shù)不位于期望范圍之內(nèi)，則從 該基底的另 一部分獲取一份新的試樣并做測(cè)試。如果所有另取的試樣 (通常取5個(gè))都產(chǎn)生了不在期望范圍之內(nèi)的表面狀況數(shù)，那么可以決定，試樣所取自的基底不能被使用。
該表面狀況數(shù)沒有上限。實(shí)踐中，可接受的表面狀況數(shù)的范圍是
由來自一批基底的一系列樣品確定的，因此，例如為101和157的表 面狀況數(shù)對(duì)于某一給定基底是可能是可接受的。對(duì)所獲得的數(shù)字圖像 的色萃取、增強(qiáng)和重新調(diào)節(jié)所做的調(diào)整將會(huì)影響該表面狀況數(shù)。因此 該表面狀況數(shù)對(duì)于不同基底(也即一個(gè)控制基底和一個(gè)測(cè)試基底)之 間的比較目的是有用的，在上述的那些變量保持恒定的情況下。
為了對(duì)該基底25的表面獲得更精確的表面狀況數(shù)，可以用數(shù)字圖 像80作為"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像而重復(fù)上述方法。這最終將產(chǎn)生一個(gè)更小 的數(shù)字圖像90 (見圖6),其是數(shù)字圖像80的尺寸的1/4，且從使用 計(jì)算(5)獲得的結(jié)果可以計(jì)算出一個(gè)表面狀況數(shù)。該方法可以被進(jìn)一步 重復(fù)，直到被用作"基礎(chǔ)"數(shù)字圖像的圖像僅僅包括4個(gè)像素為止(見 圖6的數(shù)字圖像100)。然后該表面狀況數(shù)被計(jì)算為關(guān)于每個(gè)"基礎(chǔ)" 數(shù)字圖像獲得的所有表面狀況數(shù)的算術(shù)平均值。
然而，在實(shí)踐中，該表面狀況數(shù)計(jì)算僅僅在三種"基礎(chǔ)，，數(shù)字圖 像上執(zhí)行，且在本實(shí)施例中，該表面狀況數(shù)被計(jì)算成對(duì)圖像80、 90和 IOO(見圖6)計(jì)算的每個(gè)表面狀況數(shù)的平均數(shù)。
當(dāng)在說明書和權(quán)利要求書中使用時(shí)，術(shù)語"包括"(comprises) 和"包括"(comprising)以及其變化形式，意為包括了所列出的特 征、步驟或整數(shù)。這些術(shù)語不應(yīng)被理解為排除了其他特征、步驟或部 件的存在。
在上述說明書或以下權(quán)利要求書或附圖中公開的特征，或用于實(shí) 現(xiàn)所公開的結(jié)果的方法或過程，視情況而定可以分別地或以這些特征 的任何組合的方式用于以其其不同的形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述特征以 其特定形式或按照用于執(zhí)行所公開功能的裝置而被表達(dá)。
權(quán)利要求
1. 一種用于測(cè)量基底的表面質(zhì)量的方法，包括如下步驟使用圖像獲取裝置獲取該基底的一部分表面的數(shù)字圖像；并且測(cè)量所獲得的數(shù)字圖像的一個(gè)或多個(gè)物理特征以提供對(duì)該基底的表面質(zhì)量的指示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括步驟在獲取該數(shù)字圖像之 前，與該基底的主要平面成一個(gè)角度照明該基底的所述部分表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所獲得的數(shù)字 圖像包括多個(gè)像素，且該方法包括對(duì)所獲得的數(shù)字圖像之內(nèi)的測(cè)試區(qū) 域像素，測(cè)量每個(gè)像素的一個(gè)物理特征，并且將該測(cè)試區(qū)域內(nèi)的每個(gè)
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所迷的方法，其中所測(cè)得的 物理特征是每個(gè)像素的亮度。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，包括將在該測(cè)測(cè)得的物理特征作比較。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中在所獲得 的數(shù)字圖像之內(nèi)的像素測(cè)試區(qū)域包括多個(gè)以行和列排列著的像素，且行之內(nèi)的第一相鄰像素的測(cè)得的物理特征以及位于同一列之內(nèi)的第二 相鄰像素的測(cè)得的物理特征作比較。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括將在該測(cè)試區(qū)域內(nèi)的每個(gè)像作比較。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，包括對(duì)所獲得 的數(shù)字圖像之內(nèi)的測(cè)試區(qū)域像素測(cè)量一組相鄰像素的物理特征，并且 將該組像素的測(cè)得的物理特征與 一相鄰組像素的測(cè)得的物理特征作比較。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該測(cè)得的物理特征是每組相 鄰像素的平均亮度。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中當(dāng)該所獲取的數(shù)字圖像是彩色數(shù)字圖像時(shí)，該方法包括在測(cè)量該數(shù)字圖像的每 個(gè)像素的物理特征之前將該彩色數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化成灰階數(shù)字圖像的步 驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括對(duì)該數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū)域測(cè)量平均像素亮度值以及對(duì)該測(cè)試區(qū)域內(nèi)的所有像素測(cè)量亮度值標(biāo)準(zhǔn) 差的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所獲得 的數(shù)字圖像是彩色數(shù)字圖像，該方法包括將該彩色數(shù)字圖像分成它的 每個(gè)成分部分以產(chǎn)生三個(gè)獨(dú)立的灰階數(shù)字圖像的步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括對(duì)每個(gè)成分部分的灰階數(shù) 字圖像的測(cè)試區(qū)域測(cè)量平均像素亮度值以及對(duì)該測(cè)試區(qū)域內(nèi)的所有像 素測(cè)量亮度值標(biāo)準(zhǔn)差的步驟。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括選擇具有最大像素亮度標(biāo) 準(zhǔn)差的成分部分灰階數(shù)字圖像供進(jìn)一步分析的后續(xù)步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，其中如果該基底 包括增亮劑，則藍(lán)光成分部分灰階數(shù)字圖像不用于進(jìn)一步分析。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一權(quán)利要求所述的方法，包括增強(qiáng) 該灰階數(shù)字圖像的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中對(duì)灰階數(shù)字圖像的測(cè)試區(qū) 域內(nèi)每個(gè)像素的亮度值進(jìn)行調(diào)整，如果該像素的亮度值不同于該灰階 數(shù)字圖像測(cè)試區(qū)域內(nèi)的所有像素的平均亮度值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該增強(qiáng)包括通過一個(gè)放大 系數(shù)來調(diào)整該測(cè)試區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素的亮度值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該放大系數(shù)是由每個(gè)像素 的亮度值與該測(cè)試區(qū)域內(nèi)所有像素的平均像素亮度值的算術(shù)距離來確 定的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一權(quán)利要求所述的方法，包括調(diào)整 該測(cè)試區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素的亮度值以將在該測(cè)試區(qū)域內(nèi)所有像素的亮度 值基本均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)可見光i普區(qū)的步驟。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16至20中任一權(quán)利要求所述的方法，包括在可 視輸出上提供該增強(qiáng)灰階數(shù)字圖像的數(shù)字顯示的步驟。
22. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，包括提供指示 了印刷圖像的質(zhì)量的可視輸出的步驟。
23. —種圖像獲取裝置，該裝置包括 用于獲取基底的一部分表面的數(shù)字圖像的設(shè)備； 用于存儲(chǔ)與所獲得的數(shù)字圖像相關(guān)的信息的存儲(chǔ)設(shè)備；以及 用于測(cè)量所獲得的數(shù)字圖像的一個(gè)或多個(gè)物理特征以提供指示了 該基底的質(zhì)量的信息的設(shè)備，其中該裝置還包括了一個(gè)用于照明該基 底的那部分表面的光源，以在該基底表面上于該基底表面的不平坦區(qū) 域處或附近投下陰影。
24. —種根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，用于權(quán)利要求1到22中任 一權(quán)利要求所述的方法中。
25. 基本如上文參照附圖所述或如附圖所示的方法。
26. 基本如上文參照附圖所述或如附圖所示的圖像獲取裝置。
27. 任何新穎的特征或在本說明書中和/或在附圖中所描述的特征 的任何新穎的組合。
全文摘要
描述了一種用于測(cè)量基底的表面質(zhì)量的方法。該方法包括如下步驟使用圖像獲取裝置獲取該基底的一部分表面的數(shù)字圖像；并且測(cè)量所獲得的數(shù)字圖像的一個(gè)或多個(gè)物理特征以提供對(duì)該基底的表面質(zhì)量的指示。
文檔編號(hào)G01B11/30GK101460809SQ200680054658
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者R·R·羅森伯格 申請(qǐng)人:真理Ia有限責(zé)任公司