有关标签打印机附设字符检测系统中硬件的选择

    【集萃网观察】在国内票据印刷行业，具有一定规模的印刷厂商率先在印刷机上安装了印品视觉字符检测系统，而一些中小印刷企业为了提升技术能力，争取更多的订单，正准备选择合适的印品视觉字符检测系统。目前在国内市场上，既有本土研发的视觉字符检测系统，也有代理国外品牌的视觉公司。同时视觉字符检测系统应用广泛，既可以应用在半导体行业，也可以用在民用的文本识别。因此如何选择一套适合印刷行业，同时符合各印刷厂家现有的技术能力的高性价比印品视觉字符检测系统成了各印刷厂家不得不考虑的问题。

    票据可变字符视觉检测的必要性

    票据印刷行业中，应用视觉字符检测系统主要目的有：一、检测喷印的字符、条码等是否准确，如发票上的号码、密码有无喷错。由于每张票据上的编号、密码等可变字符信息都是唯一的，若出现缺号、重号、错号等流入社会，将给客户和国家带来严重损失；二、检测字符喷印位置是否准确，由于喷印的字符是在不变信息印刷完毕后进行的，所以可能存在喷印字符与其他信息重叠，影响识别；三、检测喷印质量有无问题，如字符缺角、漏印等，若出现各种印刷缺陷，容易引起误读或无法读取。

    票据印刷可变字符特点

    票据印刷可变字符与其他行业的识别字符比较，有其自身的特点。首先，票据印刷可变字符数目少，它一般由冠字和10个阿拉伯数字构成，冠字主要包括罗马数字、英文字母或汉语拼音字母。因此，概括起来票据字符视觉检测主要识别罗马数字、阿拉伯数字和英文字母。同时这些字符字体单一，因而便于机器识别；其次，票据印刷速度快，一般每分钟喷印速度在160米/分钟，每张票据按100mm计算，则每秒钟需要处理25张票据；再次票据印刷要求视觉检测系统识别率高，识别率一般要求在99.99%以上；

    不同票据字符检测的需求和其特点决定了如何构建一套合理的视觉字符检测系统。视觉检测系统主要包括图像采集子系统和图像处理子系统两部分。图像采集子系统主要有光源、工业相机、采集卡等；图像处理子系统有处理器、图像处理软件。下面就结合各种需求来选择合理的硬件，构建高性价比的系统。

    一、光源

    在视觉检测领域，光源起着举足轻重的作用。选择合适的光源，设计合理的照明方式是获取最佳图像质量的先决条件。在印刷字符视觉检测中，光源选择需要考虑如下因素：

    1、光源的功率。选择的光源首先要保证有足够的亮度。由于印刷字符都是在高速运动中检测的，因而相机的曝光时间较短，为了使检测的字符能够清晰成像，一般需要光源有足够的亮度。一般来说如果我们仅进行字符识别，则需要光源足够亮就可以，这时如果印刷速度不快的话，我们可以选用普通的高频荧光灯即可；如果印刷速度较快，可以选用频闪荧光灯或专用LED光源。相对来说，荧光灯的使用寿命不及LED光源，但是价位上LED光源远高于荧光灯。大部分视觉检测系统都要求特殊的的光源，但是如果软件如PRS-LB、PRS-TS等系列对低成像识别能力强大，也可以用普通荧光灯，这样光源预算可能从数千或上万元降为数十元的普通荧光灯。

    2、光源特性，如果我们的视觉系统还需要检测字符喷印质量，则对光源的色温、均匀性均有较高的要求，这时需要选择标准光源。如果仅识别字符，则仅需字符能够清晰成像即可，此时可以选择便宜一些的光源；

    3、光源的颜色，如果我们识别的印品字符颜色一成不变，可以选择与字符同颜色的光源或与字符颜色补色的光源，这样便于后续图像处理。如果检测字符颜色是变化的，一般采用白色光源。如果需要检测印刷字符缺陷，则一般选择白色光源。对于LED光源来说，红色光源相对便宜些；

    4、光源的形状，如果检测印刷幅面比较小，可以选择环形光照明，如果检测幅面较大，这时选用较大环形光源的话，成本就较高，此时一般采用条形光源；

    5、特殊需求，对于一些隐性字符的检测，如红外字符或紫外字符，一般可选用红外光源或紫外光源；

   二、工业相机

    工业相机或工业摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机），它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等。目前市面上工业相机大多是基于CCD（ChargeCoupledDevice）或CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）芯片的相机。

    相机是获取图像的主要部件。相机的选择需要考虑如下因素：

    1、相机的分辨率，相机分辨率的选择由检测幅面和检测精度决定，如果检测幅面较大，检测精度较高，则需要选择较高的分率。特别是缺陷检测时，在相同幅面下，如果需要检测最小缺陷是0.5mm×0.5mm和检测缺陷是0.2mm×0.2mm所需的相机所需的分辨率就差4倍。对于字符识别来说，图像处理软件性能较好，相机的分辨率也可低一些；

    2、相机的帧率，相机的帧率是指每秒钟可以采集图像的帧数，它由检测对象的运动速度决定。如果检测速度要求很快，则需要高速相机，如果印品运动速度较低，可以选择帧率低的相机，这样就可以节约成本。对于印品可以在静止状态下拍摄，则可以采用隔行相机。

    3、传感器扫描特性，相机的传感器扫描特性指的是线扫描和面扫描，线扫描每次曝光采集一行数据，它一般用于大幅面检测对象上，面扫描一次可以采集一个平面范围的数据，相同检测精度下面扫描采集的幅面相对较小，但是也可以通过多个面扫描相机同时采集图像，然后拼合成一幅大图像来实现大幅面对象检测。

    4、特殊需求对于一些隐性字符的检测，如红外字符或紫外字符，一般可选用红外相机或紫外相机。现场环境最要考虑的是温度、湿度、干扰情况以及光照条件来选择不同的工业相机。

    三、采集卡

    采集卡也称数据采集卡或图像采集卡，是将视频模拟信号经过AD转换变成数字信号后，实时传到处理器的内存和显存。如何选择适合视觉系统的采集卡对于一个视觉系统能否正常运行将起到关键的作用。选择图像采集卡时，需要考虑如下因素：

    1、采集方式，采集方式可分为连续采集，同步采集和异步采集，连续采集是采集卡连续接收相机的数据信号，但是不能控制相机的采集时间，一般用于监控中的采集卡只需要这种采集方式就可以了；同步采集：不改变相机与板卡之间的同步关系，采集从下一个场有效信号开始；异步采集：改变相机与板卡的同步关系，采集从相机复位后的第一个场有效信号开始。对于检测运动中的目标物体时，相机和采集卡必须要具备异步采集功能。

    2、采样精度：采样精度可分为空间精度和灰阶精度，空间精度有纵向精度和横向精度，纵向精度，有些采集卡只支持隔行采集，即信号两场分别曝光，这种卡只能采集静态物体，对于运动物体需要整场曝光；横向精度是指采集图像时采集矩阵水平方向位置的左右偏差，表现为单个像素点的抖动，点抖动与采样主频率密切相关，采样主频率越高，要求的抖动时间越小；灰阶精度是指采集支持的最高采样位数，一般是8位，即256个灰度等级，对于检测一些细小印刷缺陷时可能需要10位，即1024个灰度等级。

    3、传输速度：传输速度由采集卡与主机的接口方式和传输方式决定，目前采集卡的接口方式有PCI、PCI-X、PCI-EFIFO-PC，帧存-FIFO-PC，后者的传输方式要快于前者，但是其设计复杂，成本较高。

    4、其它需求，如支持软件的功能，大多采集卡的厂商多是把其采集卡和其专用图像处理软件捆绑销售的，因此在选择采集卡的同时还必须考虑视觉系统要选用的软件与采集卡是否兼容；支持通道数目，在有些情况下需要多个相机同时采集，如果采集卡支持多路通道，则可以节约成本。

    视觉检测系统涉及到光机电各方面的技术，我们构建一个良好的视觉系统需要通盘考虑，合理选择各个硬件。

    当然硬件只是视觉检测系统的一部分，如同一个机器的零件一样，需要一个组织者来组装起来才能工作，而软件，就是视觉检测系统的组织者，也是需要通盘考虑的问题。