本文分析了印刷质量检测技术的专利文献，对申请量随时间的变化、专利申请的地域分布、全球技术来源国—技术流向国、国内外重要申请人、中国省市排名进行了分析，并梳理了印刷质量检测重点技术分支的专利技术，以期对我国印刷质量检测技术的发展提供建议。

印刷品肩负着文化传播、展现企业形象等的多种角色，因此，印刷业对印刷装置及其产品质量有着严苛的标准。但无论是传统印刷还是数字印刷，印刷品都会出现各种印刷质量问题，如缺陷、污点、模糊、漏印等情况。如何准确快速地对印刷品进行缺陷检测以提高印刷品质量，成为了相关技术人员的研究重点。

本文将研究概念限定为“印刷质量检测技术”，数据来源于incoPat数据库，检索截止日期为2024年10月31日，数据采用“中英文关键词＋分类号”进行限定检索。其中，关键词包括打印、印刷、缺陷、质量、品质等，分类号则主要限定在IPC为B41J（打字机；选择性印刷机构，即不用印版的印刷机构；印刷错误的修正）和G01N21/00（利用光学手段分析测试或分析材料）、G06T7/00（图像分析）、G06K7/00（传感记录载体的方法或装置）、G06N3/00（基于生物学模型的计算机系统）、G06N7/00（基于特定数学模式的计算机系统）和G06N20/00（机器学习）及其下位点组。以专利数据为支撑，从不同角度揭示印刷质量检测技术的发展现状，以期为推动印刷质量检测技术的加速发展提供参考意见。

专利申请概况

1.全球和中国申请量趋势分析

图1 印刷质量检测技术全球专利申请趋势

基于印刷质量检测技术，对相关专利进行近50年的全球申请量分析，简单合并同族后共计4241件，按照年代的分布情况绘制出印刷质量检测技术全球专利申请趋势（如图1所示）。从图中可以看出，印刷质量检测技术经历了技术萌芽期和快速增长期。其中，考虑到我国的专利申请采用先申请后公开的制度，因此，2023—2024年的专利数据量仅供参考。

从全球申请量趋势可以看出，在全球印刷检测技术萌芽期（1972—1990年）阶段，随着计算机应用的普及，人们对印刷产品的检测逐步脱离了纯人工检测，开始借助计算机采用图像分析方法获取印刷品的颜色、亮度、饱和度等质量属性，通过上述一个或多个质量属性来评估印刷质量。

在快速增长期（1991年至今）阶段，随着设备自动化程度的提高、人们对印刷质量需求的不断提升以及人工智能算法应用领域越来越广泛，考虑到印刷质量最终作用于人类视觉感官的因素，研究学者将对机器视觉感知质量的客观评估引入到印刷质量检测中，如基于卷积神经网络模型、监督学习算法、机器学习算法、生成对抗网络等多种人工智能算法进行印刷品质量检测，以不断提升检测的准确度和检测效率。

而从中国专利申请量趋势可以看出，中国技术的发展同样满足技术萌芽期和快速增长期的时间阶段，但是，中国印刷检测相关专利在2007年之前申请量相对较少，这是因为中国起步较晚，且在前期的专利意识相对较为淡薄，对相关技术的专利申请量较低，但随着技术的发展和专利意识的增强，印刷检测相关专利在中国的申请量增长趋势良好，中国专利申请在全球专利申请量中的占比越来越大，其增长速度超过了全球平均增长趋势。

2.全球申请量区域分布

图2 印刷质量检测技术全球专利申请分布情况

如图2所示，为印刷质量检测技术全球专利申请分布情况，从中可以看出，目前在全球范围内，中国的专利申请量最多，为1987件，约占全球申请总量的46.9%；排名第二到第五的申请国家分别是日本、美国、韩国和德国，占比分别为30.4%、13.4%、2.3%、1.8%。由此可知，中国与其他国家相比，虽然专利申请起步较晚，但是近些年后来者居上，在印刷质量检测领域的专利申请量在全球占有优势。这充分说明了中国作为印刷大国，其对印刷行业的研发投入较大，印刷质量检测技术的相关研究在国内发展趋势良好。

3.技术来源和技术流向分析

图3 全球专利技术来源国—技术流向国分析

从图3所示的全球专利技术来源国—技术流向国分析情况来看，我国的技术布局地主要在本国，海外专利布局相对薄弱，但各主要技术来源国均有在我国进行专利布局，体现出各国看好我国印刷市场的前景。另外，可以看到日本、美国和德国在海外布局的专利相对较多，更加注重海外市场，日本、韩国和德国都比较重视美国市场，美国则比较重视在日本的专利布局。

4.全球重要创新主体分析

图4 印刷质量检测全球专利申请人排名

从图4所示的印刷质量检测全球专利申请人排名情况来看，排名前六的均为日本公司，可见日本在印刷质量检测领域处于领导地位。其中，理光、富士胶片和佳能在印刷行业中具有重要的地位，凭借其创新技术和多元化的产品，成为全球印刷行业的领先者，其专利申请量也远高于其他企业。除此之外，排名前十五中有3家美国公司、1家韩国公司和1家德国公司，中国排名靠前的是一家货币印制领域的龙头企业——中国印钞造币总公司。

5.中国重要创新主体分析

图5 印刷质量检测技术中国专利申请人排名

从图5所示的印刷质量检测技术中国专利申请人排名情况来看，除了排名首位的中国印钞造币总公司外，排名第二的是国内最大的视觉系统提供商——北京大恒图像视觉有限公司，但从总体来看，国内企业的专利申请量与国际巨头还存在一定的差距。另外，中国的高校如广东工业大学、西安交通大学、武汉大学、西安理工大学、东华大学在印刷质量检测领域具有较好的研究基础。

6.国内省市竞争力分布

图6 印刷质量检测技术中国专利申请省市排名

从图6所示的印刷质量检测技术中国专利申请省市排名情况来看，广东专利申请量最多，为369件；其次为江苏，284件；再次为北京，163件。广东、江苏具有得天独厚的地理优势和经济发展优势，是我国的印刷业大省；北京作为首都和文化中心，拥有众多大型国有印刷企业和高新技术企业，技术先进，在印刷质量检测方面也具有较好的技术基础。

7.重点检测技术专利分析

印刷质量检测技术伴随着人们对印刷要求的提高而不断发展。在印刷质量检测技术发展的早期，印刷行业依托人工对印刷质量进行检测，检测者借助频闪仪，抽检一定量的印刷产品，目测是否存在缺陷。人工检测存在耗时、效率低下且检测质量标准不一致的问题，基于此，基于一定理论的自动化评价方法（包括密度检测法和色度检测法）应运而生。随着图像技术的发展，后来出现了将图像处理技术与印刷原理相结合而形成的高速印刷全自动在线检测方法（包括图像识别技术和机器视觉检测系统）。近年来，随着人工智能的不断发展，印刷质量检测向着智能化发展，出现了基于深度学习算法的质量检测技术，进一步提高了检测系统的精度和效率。针对以上不同的检测技术，本文参考专利被引证次数、同族数量，对各重点检测技术分支的专利进行分析。

（1）人工检测技术

日本日立公司在1972年11月17日申请了一项名称为“用于检测和提取图案中的较小部分的设备”的发明专利（公告号：DE2256617B2），其针对人工检测时，复杂和尺寸较小、图案缺陷难以发现的问题，提供了一种设备，包括用于顺序扫描要检查的图案，并将所述图案转换为电视频信号的输入装置；按预定采样时间间隔对电视频信号进行采样，并将电视频信号转换为二进制形式的装置；二维图像提取装置，用于将来自采样和二进制转换装置的一维排列的输出重新排列为表示图案的子区域的二维排列的信号；用于从存储在二维图像提取装置中的信息中提取信号的处理装置，通过该设备可以使得图案中较小尺寸的缺陷被检测到。

（2）密度检测技术

日本三菱重工和日本凸版印刷株式会社于1984年3月7日联合申请了一项名称为“印刷品质量缺陷检查装置和方法”的发明专利（公开号：JPS60146133A），通过将来自印刷图像图案的电信号分成图像元素，检测几个连续图像元素的密度变化，将结果与预置图像元素的密度变化进行比较，可以精确地检测图像图案上的缺陷、字符图案和印刷品上的污渍。

日本柯尼卡美能达公司于2006年2月7日申请了一项名称为“平版印刷版材料的故障检测方法”的发明专利（公开号：JP2006029518A），将平版印刷版材料涂布于塑料支撑体上并进行干燥，在塑料支撑体上具有至少一个亲水层和至少一个图像形成层，通过拍摄透射平版印刷版材的光，从图像数据中提取具有特定密度或更高的部分，并从由具有特定密度或更高的部分的面积和累积密度计算的公式中提取故障部分。

（3）色度检测技术

日本凸版印刷株式会社于1985年3月15日申请了一项发明名称为“打印检查装置”的发明专利（公开号：US4685139A），公开了一种印刷品检查装置，它可以通过光学检测装置扫描印刷品的整个印刷图案，在每个像素处检测打印图案的图像信息；利用参考信息计算检测到的图像信息之间的差，在光学检测装置的扫描方向上延迟几个像素中的微分信号，计算微分信号和延迟的微分信号之间的差，将阈值电平设置为根据结果产生的二次微分信号；并且当二次微分信号超过阈值电平时判断打印缺陷的产生，这样即使在打印纸张上出现颜色密度的整个变化时也能准确地检测打印缺陷。

天津科技大学于2011年4月6日申请了一项发明名称为“一种印刷品全画面质量和缺陷检测方法”的发明专利（公开号：CN102221554A）。其用光电耦合器获取标准样张和待测印刷品的数字图像；对数字图像分区，提取每个区域内每个像素的RGB值，并转换为CIELab值；对待测印刷品图像中各个像素的CIELab值与标准样张图像中对应像素CIELab值进行色差、ΔL*、Δa*和Δb*的计算；根据不同质量要求的色差、ΔL*、Δa*和Δb*的阈值来判断印刷品的差别和缺陷。

（4）图像识别技术

日本冈谷电机产业株式会社于2002年11月25日申请了一项基于图像识别的缺陷检测方法（公开号：JP2004177170A），为解决精确且快速地检查具有平坦表面的印刷电路板、片材等上的诸如异物的缺陷部分的问题，提供了一种通过图像识别实现该缺陷检查方法的装置。其由图像拾取装置和计算机构成，在对输入的检查图像进行图像处理时，使用基于灰度级的归一化相关的图案匹配方法（PM），作为在图像处理中使用的PM的模型，使用实心平面图案的模板和该模板的网格划分（一维/二维/两者的组合）。

阿里巴巴集团控股有限公司于2020年12月21日申请了一项发明名称为“印刷误差检测系统的发明专利”（公告号：CN113516147B）。在印刷误差检测系统中，基于图像采集设备、服务器以及显示终端之间的交互，可拍摄印刷物的图像，并将拍摄到的图像和印刷时采用的印刷模板图像输入印刷误差检测模型，得到印刷误差检测结果，基于印刷误差检测结果，可以快速判断印刷成品是否满足印刷模板对应的印刷要求。

（5）计算机视觉技术

中国印钞造币总公司于2018年11月16日申请了一项发明名称为“涂布印刷在线检测装置及检测方法”的发明专利（公开号：CN111141759A），解决装置体积较大和一些较小的涂布层缺陷难以检测出来的问题，通过线扫描光源下的条形反光镜反射在印刷品的待测靶面上，待测靶面被照亮后，反射的光线通过线阵相机下的条形反光镜进入线阵相机，这样，印刷滚筒上的涂布印刷品在转动过程中可以完成全幅面产品的视觉检测，提高缺陷检出率，同时采用条形反光镜的打光和受光形式，不需要将线扫描光源和线阵相机置于待测靶面的两侧，有效减小了整体装置的尺寸。

美国迪马斯公司于2019年1月4日申请了一项名称为“一种视觉印刷缺陷检测方法”的发明专利（公告号：US10834283B2），其针对热直接和热转印印刷机在输出中可能存在的条带、空隙、色带褶皱、油墨分裂以及污染等缺陷问题，使用验证器扫描以生成扫描图像；通过将所述扫描图像与参考图像进行比较并将所述扫描图像的参数与所述参考图像进行匹配来处理所述扫描图像以获得差异图像；分析所述差异图像以检测一个或多个印刷缺陷；将所述一个或多个检测到的印刷缺陷分组在一个或多个组中；细化检测到的印刷缺陷的分组，将置信水平值分配给所述一个或多个细化组；以及执行置信水平分析以确定是否应当执行一个或多个服务动作，进而触发校正或预防动作。

（6）深度学习检测技术

日本富士胶片公司于2020年2月13日申请了一项名为“印刷品缺陷检查设备、缺陷检查方法”的发明专利（公告号：JP7256139B2），为了确定印刷品不规则尺寸的缺陷，执行以下处理，直到M从1增加到N，该处理接受作为输入的基于对印刷品进行成像的成像图像数据和构成用于印刷品检查的基准数据，使用机器学习模型输出印刷品的第一缺陷信息，接受作为输入的尺寸已经以第一比率被转换为M倍的成像图像数据和基准数据，使用机器学习模型输出印刷品的第（M+1）个缺陷信息，并且基于从第一缺陷信息到第（N+1）个缺陷信息中的至少一个缺陷信息来确定印刷品的缺陷。

哈尔滨工业大学于2021年3月31日申请了一项名称为“一种基于深度学习的工业印刷品图像配准方法及装置”的发明专利（公告号：CN113160289B）。为解决当前部分工业纸质印刷品图像配准存在的问题，根据对应切割规则从模板图像和待配准图像中分别提取尺寸相同的切片，得到一组切片，将一组切片深度融合后得到图像切片对，将所述图像切片对输入配准网络模型中进行训练，得到配准图像切片；将所述配准图像切片舍去边缘部分，然后进行切片对位拼接，得到完整的配准印刷品图像。其中，配准网络模型骨架为类UNet网络，利用空间变换层对不同尺度的特征图进行非刚性配准，配准特征图与解码器中相邻尺度的特征图进行融合，同时，相邻尺度配准场也进行融合，综合提升了模型对较大形变印刷品图像的配准能力。

结语

从印刷质量检测技术的全球申请趋势来看，国外的技术起步较早，尤其是日本、美国和德国，我国虽然近年来增长速度较快，但对外专利的布局相比于日本、美国较少。因此，我国应鼓励企业迈出国门走向国际，加强在美国、日本和德国等主要国际市场的专利布局，通过海外知识产权布局，为产品走向国际保驾护航。

印刷质量检测的技术难度较高，全球优势企业主要集中在日本，我国应加大政策方面的支持力度，鼓励广东、江苏和北京等地的优势企业加快技术创新，促进技术突破；此外，我国高校具有较多的专利技术，要鼓励以企业产品开发和应用为中心，行业、学校、科研院所相互配合，发挥各自的优势，争取早日实现技术的赶超。