一种基于偏振的镭射纸印刷品检测方法

1.一种基于偏振的镭射纸印刷品检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用电镜扫描仪，将标准样本表面放大后，确定样本表面的光栅结构类型、排列方式及光栅参数，其中所述光栅周期为d，狭缝宽度为a，狭缝间距为b，且d = a + b；
步骤2：根据标准样本表面的光栅参数分析标准样本表面衍射光的偏振特性；
步骤3：根据步骤2中所确定的标准样本表面衍射光的偏振特性，选择偏振片；
步骤4：选择满足标准样本表面光栅结构对光源性能要求的漫射光源，漫射光源投射的光线在标准样本表面的均匀分布；
步骤5：设定线阵CCD相机拍摄角度，获取标准样本图像，调节偏振片方向，且当标准样本图像颜色一致性最好时，固定偏振片方向；
步骤6：使用线阵CCD相机获取标准样本图像；
步骤7：使用线阵CCD相机获取测量样本图像；
步骤8：将测量样本图像与标准样本图像进行比较，分析测量样本印刷质量。
2.根据权利要求1所述的基于偏振的镭射纸印刷品检测方法，其特征在于，步骤4中所选的漫射光源采用半圆形漫射板，使 LED光源发出的光线经过所述半圆形漫射板漫射。

一种基于偏振的镭射纸印刷品检测方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于偏振的镭射纸印刷品检测方法。\n背景技术\n[0002] 镭射纸，又称彩虹全息纸，是将全息图案直接作在纸上的。镭射纸表面是按一定规律排列的光栅结构阵列，全息图案是光照在光栅结构阵列上产生的，光线照射在镭射纸表面的光栅结构上，会发生衍射和干涉，因而会产生明亮、绚丽的色彩。因为光栅结构阵列的排列方式不同，或呈现出不同的彩色图案，常见的有均匀分布的彩色图案(素面镭射纸)、多条明亮光柱的彩色条纹图案(光柱镭射纸)、各种碎花或多种的小图形重复的彩虹图案。镭射纸表面的彩色图案是由其表面的光栅结构对光的衍射和干涉所产生，不被印刷的图像所遮盖，具有很好的整体防伪功能。镭射纸因其特殊的呈色效果，使得印刷品表面色彩明亮、绚丽，不同角度呈现不同的彩色图案，既提升产品包装的视觉效果，又有较好的防伪功能，增加了产品的竞争优势，深受消费者与厂商喜爱，被广泛应用于产品包装印刷行业中。虽然镭射纸表面具有良好的视觉效果，和较好的防伪功能，但是镭射纸表面衍射产生的彩色光对镭射纸表面图的印刷图像获取的一致性有较大影响，图像获取时获取的图像的色彩中包含衍射光所产生的色彩影响，而且不同角度无衍射光的强度和波长也不一致，因此镭射纸印刷品上不同区域的相同颜色，获取的图像中颜色不也不一致，无法实现高精度的机器自动检测。\n[0003] 如图1、图2所示，图1光柱镭射纸的微观结构，图2素面镭射纸的微观结构。从图1显示的银光柱效果镭射纸的表面结构图可看出，银光柱镭射纸表面是由重复、规律性排列的，包含条纹光栅结构的圆点组成。从图2显示的素面效果镭射纸表面结构图可看出，素面全息纸的表面结构是由重复、规律性排列的二维正交微元全息光栅组成，因此镭射纸的呈色基本单元是其表面的全息光栅结构，即在光栅的衍射作用下，从某个特定方向入射进来的白光中，不同波长的光波，其衍射偏移量并不相同，于是就可以看到连续色彩变化的彩虹效果，同样其呈色特性也就依赖于全息光栅的性质，不同形状的光栅结构得到不同的彩虹效果。\n[0004] 目前许多印刷企业都是采用人工检测，这样不但检测效率低，而且也提高了检测成本。然而镭射纸因其呈色特性受到越来越广泛应用，因此，实现镭射纸印刷质量的高精度自动检测拥有很高的工业价值。\n[0005] 由于镭射纸表面的特殊的光学特性，在不消除衍射光的情况下，很难保证图像获取的一致性。目前对镭射纸印刷品质量检测主要是通过改变光源、图像获取角度来提高检测精度。\n[0006] 如图3所示，图3为现有对镭射纸印刷品质量检测的状态示意图。狭缝宽度越小，同时保持波长不变，则sinθmin，1＝λ/d越大，θmin，1也越大，因此观察屏展示的第一级暗纹离开中央越远，直到当狭缝宽度等于光波波长时，θmin，1＝pi/2，在观察屏表面再也找不到第一级暗 纹 ，整 个 观 察 屏 都 被 明 纹 覆 盖 了 多 光 束 干 涉 光 强 度 分 布 公 式夫琅和费单缝衍射的光强度为\n其中I0＝(Ra)2，u＝πasinθ/γ，显然u恰为狭缝边缘上的波阵面和中间的波阵面，在θ方向的相位差。多缝衍射是多光束干涉的单缝衍射调制效应，是多光束干涉和单缝衍射的综合效果。它满足由前推导的 因此衍射主要是由此引起的，而图像\n的获取也同样受到前后光波干扰叠加，通过增加特殊的偏振装置可有效地减弱光线的干扰。\n发明内容\n[0007] 为此，本发明的目的在于提供一种方便，快捷，高精度基于偏振的镭射纸印刷品检测方法。\n[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。\n[0009] 本发明利用镭射纸表面光栅衍射光、镜面反射光与漫反射光的偏振特性不一致，通过除衍射光和镜面反射光进行检测，检测过程包括标准样本选择与测量样本检测。\n[0010] 其中本发明一种基于偏振的镭射纸印刷品检测方法，具体包括以下步骤：\n[0011] 步骤1：采用电镜扫描仪，将标准样本表面放大后，确定样本表面的光栅结构类型、排列方式及光栅参数，其中所述光栅周期为d，狭缝宽度为a，狭缝间距为b，且d＝a+b；\n[0012] 步骤2：根据标准样本表面的光栅参数分析标准样本表面衍射光的偏振特性；\n[0013] 步骤3：根据步骤2中所确定的标准样本表面衍射光的偏振特性，选择偏振片；\n[0014] 步骤4：选择满足标准样本表面光栅结构对光源性能要求的漫射光源，漫射光源投射的光线在标准样本表面的均匀分布；\n[0015] 步骤5：设定线阵CCD相机拍摄角度，获取标准样本图像，调节偏振片方向，且当标准样本图像颜色一致性最好时，固定偏振片方向；\n[0016] 步骤6：使用线阵CCD相机获取标准样本图像；\n[0017] 步骤7：使用线阵CCD相机获取测量样本图像；\n[0018] 步骤8：将测量样本图像与标准样本图像进行比较，分析测量样本印刷质量。\n[0019] 优选地，步骤4中所选的漫射光源采用半圆形漫射板，所述LED光源发出的光线经过所述半圆形漫射板漫射。\n[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：\n[0021] 1、本发明可以保证镭射纸印刷品图像获取的一致性，由于镭射纸表面产生的各类型色光的偏振性不同，通过偏振特性消除干扰色光，可以得到稳定，一致的镭射纸印刷品图像，保证镭射纸印刷品的检测精度。\n[0022] 2、本发明检测效率高，因从图像获取时消除了干扰衍射光，减少了检测后期图像处理的复杂度，可以有效的提高检测效率。\n[0023] 3、本发明检测精度高，镭射纸印刷品检测的主要干扰因素是衍射色光对印刷品原始颜色的影响，此方法相对于混杂衍射光的图像中进行检测，精度有明显提高。\n附图说明\n[0024] 图1为现有光柱镭射纸的微观结构示意图；\n[0025] 图2为现有素面镭射纸的微观结构示意图；\n[0026] 图3为现有对镭射纸印刷品质量检测的状态示意图；\n[0027] 图4为本发明标准样镭射纸表面光栅结构图；\n[0028] 图5为本发明1级衍射光偏振态随光栅闪耀角变化曲线示意图；\n[0029] 图6为本发明4级衍射光偏振态随光栅闪耀角变化示意图；\n[0030] 图7为本发明不同闪耀级次上衍射光波的偏振态与入射光波偏振角的关系示意图。\n具体实施方式\n[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0032] 请参阅图4～7所示，图4为本发明标准样镭射纸表面光栅结构图；图5为本发明1级衍射光偏振态随光栅闪耀角变化曲线示意图；图6为本发明4级衍射光偏振态随光栅闪耀角变化示意图；图7为本发明不同闪耀级次上衍射光波的偏振态与入射光波偏振角的关系示意图。\n[0033] 本发明实施例中选择标准样本和测量样本均使用普通素面镭射纸5张，进行如下分析。\n[0034] 步骤1：使用镜扫描仪，将标准样本表面放大，直至可以确定标准样本表面的光栅类型及光栅参数(光栅周期d，狭缝宽度a和狭缝间距b，d＝a+b)。将标准本样裁切成合适的尺寸，使用电子显微镜进行放大，至3000倍，获取光栅结构类型、排列方式、以及光栅参数。\n例如，通过对标准样的电子显微镜照片分析，可知衍射光栅狭缝宽为a＝1um，狭缝间距为b＝1um，光栅周期d＝a+b＝2um。\n[0035] 步骤2：根据标准样表面的光栅类型，光栅排列方式和光栅参数，分析标准样表面衍射光的偏振特性。\n[0036] 定义Hx，Ey和Hz是非零分量的光波为P偏振波，Ex，Hy。和Ez。是非零分量的光波为S偏振波.根据Yee元胞对时间和空间采用中心差分近似，可以得到有限差分方程：\n[0037]\n[0038] 其中\n[0039] αn＝k0sinθ+2πn/d\n[0040]\n[0041] 式中k为真空中波矢，θ和d分别为闪耀角(衍射角)和刻槽宽度，P偏振情况下Us代表Ey，S偏振情况下代表Hy.An。可通过离散傅里叶变换求算。\n[0042] 通过计算各种偏振角入射的线偏振光的衍射场，得到不同闪耀角下衍射光场偏振参量，发现：1)高调制区(闪耀角在22o～38o)域衍射光波都是左旋椭圆波，且存在一个特定的闪耀角使得衍射光波几乎是线偏振波，光栅闪耀角一旦大于该值(即进入超高调制区38o以)，衍射光波就变成了右旋的椭圆偏振波；2)衍射光波的衍射级次确定，其电矢量偏振旋转方向相应确定，不随入射光的偏振方向变化而变化。\n[0043] 步骤3：标准样本所采用镭射纸闪耀角为高调制区以下，衍射光波为左旋椭圆波，选择可用于消除左旋椭圆波偏振的偏振片。\n[0044] 步骤4：旋转镜头前方偏振片，观察镜头获取图像的亮度变化，获取图像亮度最小值偏振片光轴方向是与衍射光偏振光电矢量垂直方向，此时偏振片方向可以最大程度的消除衍射光影响。固定当前偏振片方向。\n[0045] 步骤5：获取所有标准样本图像，对图像检测标准样进行训练，提取标准样本图像特征数据。\n[0046] 步骤6：在相同条件下获取待测样本图像。\n[0047] 步骤7：分析待测样本图像数据，提取待测样本图像特征数据，与标准样本图像特征数据进行比较，特征数据差值在误差范围以内的，则此待测样本为正常样本；特征数据差值在误差范围以外的，则此待测样本为缺陷样本。\n[0048] 综上可知，本发明所述方法涉及使用的设备比较简单，操作也比较方便、快捷，易于推广，能够提高镭射纸印刷品检测精度，可用于在线质量检测，控制印刷品质量，减少费品率，减少人工成本和材料成本，可适用于镭射纸印刷工业检测，具有很高的推广价值。\n[0049] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。