基于改进布谷鸟算法的油墨预置系统的研究与设计

袁海娣

摘要:随着印刷技术的不断发展,油墨预置技术也取得了长足的进步,本文提出一种优化的油墨预置算法。传统布谷鸟算法虽然具有参数少,全局搜索能力强的优点,但其局部搜索能力较差,通过引入遗传算法来提高布谷鸟算法的局部搜索能力,实现改进布谷鸟算法的全局搜索和局部收敛能力的平衡,提高算法的整体搜索能力。本方案首先建立油墨预置问题中网点面积率与相应墨区墨键开度之间的非线性模型,利用改进布谷鸟算法对油墨预置模型进行算法优化,并在此基础上充分考虑纸张、温度和湿度对油墨预置的影响。通过本文的研究,可以在一定程度上解决数字印刷工作流程中存在的油墨预置问题,降低印刷成本,提高印刷质量和生产效率。

关键词:布谷鸟算法;油墨预置算法;数字印刷流程

中图分类号:TP316 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)21-0286-03

Abstract:With the continuous development of printing technology, the ink preposition technology has made great progress. In this paper, an optimized ink preposition algorithm is proposed. The traditional cuckoo algorithm has few parameters, global search ability, but its local search ability is poor, to improve the local search ability of the cuckoo algorithm by introducing the genetic algorithm, the global search ability and local convergence improved cuckoo search algorithm balance, improve the algorithm overall search ability. This scheme firstly established the nonlinear model between dot area and corresponding ink ink key opening rate of ink presetting problems, using the improved algorithm to optimize the cuckoo ink presetting model, and on the basis of this paper, considering the temperature and the influence of moderate ink preset. Through this research, we can solve the problem of ink presetting in the digital printing process to a certain extent, reduce printing costs, improve printing quality and production efficiency.

Key words:cuckoo algorithm;lnk preposition algorithm; digital printing process

印刷业作为我国国民经济的重要产业之一,在这些年得到了飞速的发展。随着计算机技术和网络技术的发展,数字印刷技术也取得长足的进步。CTP技术、JDF技术,CIP标准等不断推出,使得数字印刷流程越来越完善,印刷过程的自动化和信息化程度也越来越高。但是,作为数字印刷工作流程中重要一环的油墨预置技术并得到深入的研究,目前国内大部分企业还在使用传统的人工方式或者单色印刷机的操作方式。这些传统的油墨预置技术造成了大量的纸张和油墨浪费,印刷成品的质量也很难保证。而随着用户对印刷产品的要求越来越高,很多印刷企业开始思考如何改进和提高印刷质量,以此来提高印刷企业的竞争力和生命力[1]。在整个数字印刷工作流程中,油墨预置技术是一个非常重要的环节,它衔接印前加工和印刷过程,且有较大的改进空间。目前先进油墨预置技术主要被国外的印刷机生成厂商控制,价格非常昂贵,且与国产设备无法匹配,导致国内很多印刷企业仍然采用传统人工方式进行油墨预置。因此设计一套符合我国印刷企业要求的油墨预置技术有着非常重要的意義。

智能优化算法这些年越来越受到人们的关注,它利用自然界生态系统机制来求解复杂优化问题,并取得了不错的效果,其在工程设计、任务分配、生产调度、网络通信等许多领域都得到广泛的应用。布谷鸟搜索算法是由英国剑桥大学学者提出的一种全新智能优化算法,它通过模拟自然界中布谷鸟借窝产卵的繁殖习性以及Levy飞行特征而设计出来的智能优化算法,具有参数少,全局搜索能力强等优点,较之传统的智能优化算法有更好的搜索能力[2]。但是其在局部搜索能力上表现较差,且对初始种群要求较高,因此本课题将通过引入遗传算法来提高布谷鸟算法的局部搜索能力,从而实现改进算法的全局搜索和局部收敛能力的平衡,提高算法的整体搜索能力。同时,将改进布谷鸟算法引入油墨预置模型中,提高油墨预置的效果,满足印刷企业对油墨预置技术的要求。

1 改进布谷鸟算法

1.1 仿生学优化算法在油墨预置技术中应用

目前,印刷机正向着高速、多色的方向发展,同时对印刷机的墨量控制系统要求也越来越高,要完成印刷机开机前的墨量预先配置,首先需要解决在复杂的印刷环境中如何准确预置每个墨键的开合度,从而保准相应墨区得到足够的墨量,满足用户在墨色上的要求。仅仅通过人工方式是难做到,且不符合自动化数字化生产的需要,北京工业大学王民等人通过神经网络算法实现智能墨量控制,并应用到实际的工业生成中,取得了不错的成果,但其算法容易陷入局部最优解,缺少良好的全局搜索能力,同时该算法没有充分考虑到湿度、温度、纸张类型等其他因素对油墨的印象,因此还有待改进和提高[8-9]。本项目在建立油墨预置模型时,将充分考虑多方面因素对油墨预置过程的影响,提高油墨预置的质量。

通过以上的分析和研究,可以看出油墨预置技术随意已经在数字印刷流程中出现,且取得了不错的成绩,但其在油墨预置模型和油墨预置算法上还有很大的提升空间,再加上国外设备和软件的价格因素,研究和实现符合我国要求的油墨预置技术就显得非常有意义。本项目将提出一种全新的油墨预置算法,充分考虑到我国印刷行业的实际情况和印刷过程中的影响因素,提高油墨预置的精度,提高印刷企业的生产效率。

1.2 改进布谷鸟算法总体思路

油墨预置技术是数字化印刷工作流程中一個重要的环节和核心技术,油墨预置模块是印刷机接口程序中的一个重要组成部分,为实现数字化印刷提供了初步的数据控制,从印前图像数据中获得印刷机预放墨信息-网点面积率,并结合印品印刷时的印刷环境因素,如温度,湿度和纸张类型,通过油墨预置算法预置出墨键开合度值,然后将预置出的墨键开合度值数据传输给印刷机控制心中,印刷机控制中心的主控程序读取预置数据,控制墨键电机来调节墨键开合度,进而控制墨键的放墨量,完成印刷机的油墨预置。具体流程如下图所示:

1.3 技术路线

1) 改进布谷鸟算法流程

对传统布谷鸟算法进行优化和改进,融合遗传算法解决布谷鸟算法在局部搜索能力上的不足,提高布谷鸟算法的收敛速度。具体流程图如下:

传统布谷鸟算法中利用Levy飞行保证了搜索算法的全局搜搜能力,但是也带来了一个严重的问题,就是布谷鸟算法的局部搜索能力和收敛性较差。而在布谷鸟算法的迭代过程中引入遗传算法,大大提高布谷鸟算法的局部搜索能力,同时,也避免了遗传算法的容易陷入局部最优的缺点。

2) 油墨预置数学模型

通过建立印刷网点面积率与墨键开合度的数学模型:令每一墨区的网点面积率[x],每一墨区所对应的墨键开合度为[f(x)],数学模型中的其他参数反映环境因素条件对[x]与[f(x)]之间关系的影响。其关系可以描述如下:

其中[ai]代表印刷过程中其他印象因素,K代表网点面积与墨键之间的非线性曲线模型。

3) 基于布谷鸟算法的油墨预置流程

数字印刷流程中油墨预置技术是从输入样本图像中获取各个墨区的网点信息,结合印刷机环境因素,如温度、湿度和纸张类型等,并配合计算出的印刷标准墨层厚度,作为基本参数,构建布谷鸟算法的初始鸟巢。接着利用改进布谷鸟算法对相应的参数进行优化,通过油墨预置模型,量化计算出预设墨键开合度值,根据预测墨键开合度值,结合印刷机数字控制系统对墨键进行控制,输出打印样品。如打印样品不能满足实际需求,重新调整墨斗转角或转速,重新印刷,直至满足样品打印需求。记录当前墨键开合度值,并作为下次参考数据。其算法流程如下图:

2 实验方案

2.1 改进布谷鸟算法的仿真实验方案

针对布谷鸟算法的改进,将依然采用六个基本测试函数作为基础案例,进行仿真实验评估算法的优化性能,测试平台将采用Matlab2012a和windows7,Intel I5 2.0GHz,内存4GB。测试的四个基本函数如下:

实验中算法参数设置鸟巢种群规模为40,最大进化次数为200,Pa=0.25,遗传算法中的交叉概率为0.8,变异概率为0.05。

2.2 油墨预置的实验方案

实验软件:Matlab2012a和windows7,Intel I5 2.0GHz,内存4GB。

为验证算法模型效果,定义如下两个性能指标:

其中n代表测试样本数,[yi]和[yi^]分别代表实际输入值和预期输出值。

4) 真机模拟实验方案

实验设备:

a.四色胶印机包括北人集团BR624A胶印机;

b.罗兰700胶印机;

c.X-Rate分光密度仪。

实验环境:

a.温度25-27摄氏度;

b.适度45%-65%;

c.印刷机转速4000-10000张/小时。

真机模拟实验主要是为验证仿真环境下数据的真实性,具体性能指标与模拟实验相同。

2.3实验结果

3 结束语

通过实验可以发现油墨预测厚度与实际厚度偏差不大,完全达到了油墨厚度一致、色彩均匀的效果。但通过实验也可以发现,部分实验数据还是有一定的幅度的偏差,这种偏差符合国家GB/T7705-2008的标准要求,只需要对版面主要部位稍做色彩校正,就可以实现正式出版。相比于目前使用的数据拟合的方法,本方法具有一定的实际意义。

参考文献:

[1] 王民,张扬,李小富,等.数字化印刷工作流程的设计与开发[J].北京工业大学学报,2006(8):750-753.

[2] 郑洪清,周永权.一种自适应步长布谷鸟搜索算法[J].计算机工程与应用,2013,49(10):68-71.

[3] 叶微微.JDF 数字化流程中油墨预置技术的研究[D].西安:西安理工大学,2008.

[4] 宗义刚.印前数字化工作流程在国内外应用状况的对比分析[J].今日印刷,2006(2):2-4.

[5] 李康.数字化流程一路走来[J].印刷杂志,2006(6):46-49.

[6] 刘五珍.打造报纸的数字化生产流程[J].印刷杂志,2004(9):14-15.

[7] 董浙波.印刷工业的数字化工作流程剖析[J].广东印刷,2004(5):34-35.

[8] 蔡浩光.高宝公司和 Rogler 公司展示全部JDF工作流程[J].广东印刷,2005(1):72-73.

[9] 李安琪.油墨预置实施方法[J].印刷技术,2008(6):45-46.

[10] 范明,李华,杨静等.报纸印刷的油墨预置方法[P].中国专利:1939724,2007-04-04.

【通联编辑:唐一东】

《基于改进布谷鸟算法的油墨预置系统的研究与设计》转载自《电脑知识与技术》学术期刊,2018年21期 ,作者:袁海娣。

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