一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法技术

一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法涉及智能化控制和图像识别技术领域。该方法包括如下步骤：数据测量；数据分析：对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律；确定每个切片的可曝光区域，查找可曝光区域对应子块的对应功率，把最小的功率设置为最适功率,在每一个可曝光区域子块中查找最适功率对应的灰度，其中非曝光区域的灰度设置为最低灰度，把所有的灰度信息保存到灰度信息矩阵的相应位置；根据灰度信息矩阵与原始切片灰度数据进行图像融合。本发明专利技术可以提高曝光的均匀性和精密性，同时具有可移植性和可打印性。因此，本发明专利技术具有一定的应用价值和意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能化控制和图像识别技术，具体涉及对投影仪输出光能的均匀化，通过模型自适应光照均匀化方法对面曝光3D打印的切片的灰度进行自适应调节，从而实现对面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法的研究与实现。
技术介绍
3D打印机诞生于20世纪80年代中期，是由美国科学家最早专利技术的。3D打印机是指利用3D打印技术生产出真实三维物体的一种设备，其基本原理是利用特殊的耗材(胶水、树脂或粉末等)按照由电脑预先设计好的三维立体模型，通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型,最终打印出3D实体。快速成形技术以其加工速度快、成本低,广泛应用于产品开发阶段的模型制作。3D打印是快速成形技术的一种，它首先将物品转化为3D数据，然后运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，逐层分切打印。模具制造、工业设计用于建造模型，现正发展成产品制造，形成“直接数字化制造”。目前已形成多种不同的快速成形工艺,如立体光固化(SLA)、层合实体制造(LOM)、熔融沉积造型(FDM)、选域激光烧结(SLS)、三维打印(3DP)等。光固化快速成形(SLA)由激光光斑逐点、逐线填充扫描光固化树脂,形成树脂固化层,树脂固化逐层累加,制作出实体模型。和其它快速成形工艺相比,光固化快速成形件精度高,表面质量好,后处理工艺简单,应用广泛,市场上装机容量达到69％以上。对于面曝光快速成形系统而言，不仅成本低，且能实现整层一次曝光固化，显著缩短制作时间，提高制作效率。但是由于紫外光源辐射出来的光线为球面发散光同时面曝光3D打印的树脂槽为玻璃材质会对紫外光起到反射作用，导致发光区域的亮度分布存在不均匀，使得在打印过程中同一个切片的不同位置中树脂的固化有差异，严重影响制件的精度。同时也因为这个原因使得面曝光打印的东西曝光面都比较小，无法做到大面积的曝光。
技术实现思路
本专利技术实施例将提供一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法，用于提高曝光均匀性，减少过曝光或曝光不足。为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用如下技术方案：一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法，包括以下步骤：步骤100、生成与投影仪投影出的切片图像的属性相对应的一系列不同灰阶的同一灰度的图像，并将每一幅图像划分为m×n个面积相同的不同位置的图像子块，依次对划分的图像子块在光源前方有树脂槽遮挡的情况下进行光照功率测量；步骤200、对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律；步骤300、遍历每张切片图像，依据划分的m×n个不同位置的图像子块，通过查找切片图像中已填充的区域作为可曝光区域，从得到的可曝光区域候选图像子块中查找对应功率，以其中查找到的最小功率作为该张切片待调整的最适目标功率。其余图像子块检索对应位置相近于该最适目标功率对应的灰度值，保存为对应位置的m×n灰度值信息矩阵。当某张切片的某个位置查找到所有功率均低于最适目标功率时，默认此位置不含有可曝光区域，并将该区域的灰度值设定为25，保存至对应的m×n灰度值信息矩阵；步骤400、根据m×n的灰度值信息的矩阵生成与原始切片图像的属性一致的包含m×n个灰度块的图像，对包含m×n个灰度块的图像进行插值处理，然后将插值后的图像与原始切片图像进行融合，得到自适应的切片图像。其中，对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律的步骤200包括：对每一个位置下的不同灰度的图像子块测量得到的光照功率数据进行傅里叶分析，得到该位置的图像子块在有反射情况下的紫外光辐照度随灰度变化的规律；根据该位置的图像子块的紫外光辐照度随灰度变化变化规律，确定该位置下的图像子块从灰度为25到灰度为255所对应的光照功率的数据，保存为与该位置对应的灰度和紫外光辐照度的数据对。其中，遍历每张切片图像，依据划分的m×n个不同位置的图像子块，查找切片图像中已填充的区域作为可曝光区域，从得到的可曝光区域候选图像子块中查找对应功率，以其中查找到的最小功率作为该张切片待调整的最适目标功率。其余图像子块检索对应位置相近于该最适目标功率对应的灰度值，保存为对应位置的m×n灰度值信息矩阵。当某张切片的某个位置查找到所有功率均低于最适目标功率时，默认此位置不含有可曝光区域，并将该区域的灰度值设定为25，保存至对应的m×n灰度值信息矩阵的步骤300包括：首先以一张切片为例，把需要处理的切片图像切成m×n块。通过遍历每块中的像素点把其灰度与255做比较，我们认为当子块中有至少一个像素点的灰度等于255时说明此子块有填充，否则认为此子块没有填充，若判断出此时有填充时，根据填充所在的块的位置得出其在最高灰度值(灰度为255)时所能允许的光强的功率值，然后把所有有填充的子块的功率值进行比较，取最小的功率值作为最适功率值；根据确定的最适功率，对于每一个位置的图像子块，在所保存的与该位置对应的灰度和紫外光辐照度的数据对中寻找与最适功率最接近的光功率，但首先我们需要保证此位置在最大灰度时的功率要大于最适功率，将该最接近的光功率数据对应的灰度输出，将输出的灰度值保存成与m×n的图像子块对应的一个m×n的灰度值信息的矩阵，当某一位置在最大灰度下的功率小于最适功率时，我们认为此位置无填充，即没有对打印有用的信息，这时其灰度被设置为25，保存到m×n的灰度值信息矩阵的相应位置。在步骤400中，根据m×n的灰度值信息的矩阵生成与原始切片图像的分辨率一致的包含m×n个灰度块的图像的步骤还包括：根据切片的属性生成用于插值的包含m×n个相同图像单元的灰度图像；依次扫描所保存的m×n的灰度值信息的矩阵，把其中的每一个灰度值赋值给用于插值的灰度图像中的对应图像单元，从而生成包含m×n个灰度块的灰度图像；将插值后的图像与原始切片图像进行融合，得到自适应的切片图像的步骤包括：依次扫描插值后的灰度图像每个像素的灰度值，当灰度值小于25时跳过扫描下一个像素点，当灰度值大于或等于25时，获取该像素点的灰度值，把这个灰度值赋值给原图像切片的相同像素位置，得出自适应的切片图像。其中，在步骤100中，生成与投影仪投影出的切片图像属性相对应的一系列不同灰阶的同一灰度的图像的步骤包括：从灰阶为25开始，每隔10个灰阶生成一副与投影仪投影出的切片图像的属性相对应的相同灰度的图像，一直到生成灰阶为255的相同灰度的图像为止，构成一系列不同灰阶的相同灰度的图像。本专利技术实施例的一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法具有如下优点：1)提高曝光均匀性，由于光功率的均匀化弥补了紫外光源辐射出来的光线为球面发散光和树脂槽镜面反射造成的发光区域的亮度分布存在差异，这样只要打印工艺正确就能尽可能的减少过曝光或曝光不足的概率；2)可移植性，根据不同打印机的光输出不同，在得到某些特定的数据后，本方法可以快速生成使光照功率分布均匀的灰度图片；3)可打印性，此光照功率自适应算法，能够适用于绝大部分未经过优化处理的模型，适用性强，一次打印成功率高；4)提高曝光时间，以前曝光时间的设定需要考虑到所有切片的可曝光区域均要曝光成型，这样对于可曝光区域少的切片的曝光时间就会大大加强，而应用了本算法以后每张切片的曝光时间都是独立的，同时对于那本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤100、生成与投影仪投影出的切片图像的属性相对应的一系列不同灰阶的同一灰度的图像，并将每一幅图像划分为m×n个面积相同的不同位置的图像子块，依次对划分的图像子块在光源前方有树脂槽遮挡的情况下进行光照功率测量；步骤200、对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律；步骤300、遍历每张切片图像，依据划分的m×n个不同位置的图像子块，通过查找切片图像中已填充的区域作为可曝光区域，从得到的可曝光区域候选图像子块中查找对应功率，以其中查找到的最小功率作为该张切片待调整的最适目标功率；其余图像子块检索对应位置相近于该最适目标功率对应的灰度值，保存为对应位置的m×n灰度值信息矩阵；当某张切片的某个位置查找到所有功率均低于最适目标功率时，默认此位置不含有可曝光区域，并将该区域的灰度值设定为25，保存至对应的m×n灰度值信息矩阵；步骤400、根据m×n的灰度值信息的矩阵生成与原始切片图像的属性一致的包含m×n个灰度块的图像，对包含m×n个灰度块的图像进行插值处理，然后将插值后的图像与原始切片图像进行融合，得到自适应的切片图像；其中，对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律的步骤200包括：对每一个位置下的不同灰度的图像子块测量得到的光照功率数据进行傅里叶分析，得到该位置的图像子块在有反射情况下的紫外光辐照度随灰度变化的规律；根据该位置的图像子块的紫外光辐照度随灰度变化变化规律，确定该位置下的图像子块从灰度为25到灰度为255所对应的光照功率的数据，保存为与该位置对应的灰度和紫外光辐照度的数据对。...

【技术特征摘要】
1.一种面向面曝光3D打印的模型自适应光照均匀化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤100、生成与投影仪投影出的切片图像的属性相对应的一系列不同灰阶的同一灰度的图像，并将每一幅图像划分为m×n个面积相同的不同位置的图像子块，依次对划分的图像子块在光源前方有树脂槽遮挡的情况下进行光照功率测量；步骤200、对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律；步骤300、遍历每张切片图像，依据划分的m×n个不同位置的图像子块，通过查找切片图像中已填充的区域作为可曝光区域，从得到的可曝光区域候选图像子块中查找对应功率，以其中查找到的最小功率作为该张切片待调整的最适目标功率；其余图像子块检索对应位置相近于该最适目标功率对应的灰度值，保存为对应位置的m×n灰度值信息矩阵；当某张切片的某个位置查找到所有功率均低于最适目标功率时，默认此位置不含有可曝光区域，并将该区域的灰度值设定为25，保存至对应的m×n灰度值信息矩阵；步骤400、根据m×n的灰度值信息的矩阵生成与原始切片图像的属性一致的包含m×n个灰度块的图像，对包含m×n个灰度块的图像进行插值处理，然后将插值后的图像与原始切片图像进行融合，得到自适应的切片图像；其中，对每一个位置下的各图像子块测量得到的光照功率数据进行分析，得到该位置下的图像子块的光照功率随灰度变化的规律的步骤200包括：对每一个位置下的不同灰度的图像子块测量得到的光照功率数据进行傅里叶分析，得到该位置的图像子块在有反射情况下的紫外光辐照度随灰度变化的规律；根据该位置的图像子块的紫外光辐照度随灰度变化变化规律，确定该位置下的图像子块从灰度为25到灰度为255所对应的光照功率的数据，保存为与该位置对应的灰度和紫外光辐照度的数据对。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤300包括：首先以一张切片为例，把需要处理的切片图像切成m×n块...

【专利技术属性】
技术研发人员：毋立芳，赵立东，邱健康，高源，毛羽忻，张子明，施远征，郭小华，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11