基于圆堆的孔装饰板设计排布方法技术

本发明专利技术公开了一种基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，包括如下步骤：（1）导入定制图像，根据定制样式调整图像大小，并转化为灰度图片；（2）对灰度化后的图片进行图像分割，获取核心图像区域，并对背景图像进行留白处理；（3）根据圆堆特性并结合不同的力学结构要求，计算冲头孔径标准系列对应的圆半径范围；（4）计算前景图像的几何中心，并作为起始点；（5）以步骤（4）中的起始点建立极坐标系，由最大间距获取轴径，寻找下一点；（6）由间距计算极角旋转角度，预拟定下一点坐标；（7）调整该点坐标；（8）循环进行步骤（6）和步骤（7），完成对区域与边界的填充；（9）统计，生成加工工艺信息，并通过数控加工机床使用该加工工艺信息进行加工；本发明专利技术借助圆堆的特性，并结合极坐标取点法，实现具有随机性的艺术冲孔装饰板的设计排布方法，保证板的结构刚度与稳定性的同时，提高板的视觉艺术效果。

【技术实现步骤摘要】
基于圆堆的孔装饰板设计排布方法
：本专利技术涉及一种孔装板加工
，特别是涉及一种基于圆堆的孔装饰板设计排布方法。
技术介绍
：艺术冲孔装饰板，它是一种新型的装饰铝板产品，通过在板上“冲孔成像”实现，常要用于家用装修，以及地铁、机场等大型公共场所或大型建筑装饰使用。冲孔板是装饰板的一种，近年来在家居装饰品行业兴起，制造简便，成本低，周期短，只要依靠数控冲床等设备便可进行加工生产与制造，受到关注。其中，广受关注的便是‘打孔作画’的新型装饰板，艺术冲孔装饰板。该产品通过利用了孔与背景衬托效果、镂空差异对比等，可以孔来模拟像素分布来实现“照片化”或“图像化”效果，使得装饰板具有更强的艺术化效果、可定制性强、样式精美，具有强大的市场竞争力，受到广大厂家的关注与市场的期待。第一阶段：最初的生产方式是通过参考艺术家的“以孔作画”、“以钉作画”等艺术作品作为参考，通过大量人力进行观察、分析与人工测量，再与定制图像进行对照与模拟，通过工人经验确定转化过程中由图像转化成的孔的位置分布、大小、密度等参数，再将获得数据转化编写为数控加工程序，然后输入数控加工设备实现艺术化装饰板（孔装饰板）的制造。第二阶段：后来出现简单的自动化设计方式实现了由图像到生成加工工艺信息的艺术冲孔装饰板设计集成解决方案，但仍存在不足。如专利技术专利《基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统，CN201610342545.X/基于RGB的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统，CN201610342543.0》采用了灰度/彩色，通过等间距、等密度、定方向的方法进行排列，主要解决了如何由图像获取数据，并通过“棋盘式”排布方法与板的冲孔进行工艺信息映射的问题。第三阶段：后来出现对已有的等间距、定方向的设计方法进行优化的方案。在专利《一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法，CN201710708679.3》中提出基于特征的方式，细化图像划分为各个特征区域，并实现基于特征的方向可变（每个特征单一方向）、变间距的设计方式，目的是优化产品的特征表现能力。另一方面，在专利《一种基于图像结构相似性的评价优化装饰板的制造方法，CN201710707206.1》中提出了一种新的优化方案：通过对比产品成像的仿真模拟成像效果与定制图像的结构相似程度，来评价全局到局部设计与排布的优劣程度，从而优化调整打孔的设计与排布。其方案核心是在第二阶段的等间距、等密度、定方向的基础上进行局部区域调整，目的是优化已有的设计与排布方案，从而提高与原图像的相似度。第三阶段的方案一定程度上优化了初步方案的图像表现能力与观感，但在本质上仍是利用孔对像素的拟化，孔的排布工整但显得死板，相对抑制了“打孔作画”形成的“巧妙”艺术效果，如同低像素的照片，缺乏随机的视觉特性。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种解决上述问题，借助圆堆的特性，并结合极坐标取点法，实现具有随机性的艺术冲孔装饰板的设计排布方法，保证板的结构刚度与稳定性的同时，提高板的视觉艺术效果的基于圆堆的孔装饰板设计排布方法。本专利技术的技术方案是：一种基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、导入定制图像，根据定制样式调整图像大小，并转化为灰度图片；（2）、对灰度化后的图片进行图像分割，获取核心图像区域，并对背景图像进行留白处理；（3）、根据圆堆特性并结合不同的力学结构要求，计算冲头孔径标准系列对应的圆半径范围；（4）、计算前景图像的几何中心，并作为起始点；（5）、以步骤（4）中的起始点建立极坐标系，由最大间距获取轴径，寻找下一点；（6）、由间距计算极角旋转角度，预拟定下一点坐标；（7）、调整该点坐标；（8）、循环进行步骤（6）和步骤（7），完成对区域与边界的填充；（9）、统计，生成加工工艺信息，并通过数控加工机床使用该加工工艺信息进行加工。进一步说明，步骤（4）的具体步骤为：a.对图像逐行扫描，分别记录含有图像的最小行数，最大行数，最小列数，最大列数；b.由最大行数与最小列数形成的左下角、最小行数与最大列数形成的右上角确定前景图像最小矩形包围盒；c.由包围盒计算中心，作为初始点坐标；d.由该初始点及其上下左右4点灰度值计算5点平均值，确定起始点对应的第一个圆；e.记录起始点坐标与圆半径。进一步说明，所述步骤（5）的具体步骤为：a.以初始点作为坐标轴极点，建立极坐标系；b.取初始点对应的圆半径范围的最大值的两倍，作为极径，取点作为预拟定下一点坐标；c.将该点坐标转化为图像像素直角坐标，由该点及其上下左右4点灰度值计算5点平均值，获得该点灰度平均值，并取该灰度均值确定该点对应的圆的圆半径；d.计算该圆与初始点对应的圆是否相切，不相切，则沿极轴移动该圆圆心至两圆外相切；e.第二个圆确定，记录该圆的圆心坐标与圆半径，且该圆同时是一圈的初始圆。进一步说明，所述步骤（6）的具体步骤为：a.取上一点的对应的圆半径范围的最大值的两倍L1，以及上一点的极径L2，建立等腰三角形，其中，L1为底边边长，L2为侧边边长；b.计算该等腰三角形的顶角角度大小；c.使极轴沿逆时针转动该角度，获得新的极角；d.取上一点极径L2作为预拟定的新一点的极轴，获取新一点的极坐标。进一步说明，所述步骤（7）的具体步骤为：a.检查上一步骤获得的新点的极坐标是否超出前景图像区域；若是，放弃在该点建立圆，重新取下一点；b.若不是，通过该点所在坐标的灰度均值确定其圆半径，建立圆；c.由该点坐标寻找最近两个圆心坐标，检查该点与两圆心对应的圆是否外相切，若不相切，移动该点，使其外相切；d.检查该点对应的圆是否与其它圆相交，若相交，向远离极点方向移动，确保在相切前提下不与其它圆相交；e.该圆位置确定，记录该圆心点坐标与圆半径。进一步说明，所述步骤（8）的具体步骤为：a.循环进行步骤（6）和步骤（7）操作；b.在完成一圈填充后，下一圈极径取值由以下公式获得：L3=L2+2*Rmax，极角为0，L2为上一点极径，Rmax为上一个圆所属的半径范围的最大值；若一圈最后一个点为保证与圆相切而自动外移，则不进行本步骤；c.陆续填充所有前景图像范围，直到极轴完整旋转一周未能生成新的点，且极径长度超过前景图像的最小包围盒对角线长度的一半时，停止继续寻找新点，此时全部区域已进行填充。进一步说明，所述步骤（9）的具体步骤为：a.通过已有点坐标与圆半径对应信息进行统计，由圆半径计算出对应的孔径，将坐标与孔径一一对应存储，若圆半径处于两种孔径对应圆范围交叉处，取较小孔径；b.将以上信息通过孔径由小到大进行整理排序，生成并保存数控加工设备能导入并使用的数控程序文件；c.数控加工机床使用该数控程序文件对艺术冲孔装饰板进行数控打孔加工工序。进一步说明，所述步骤（1）中，为了避免图像出现模糊化或锯齿等图像质量退化问题，在调整图像大小后采用双线性插值法重新计算像素值，并将彩色RGB图像按照H=0.10B+0.60G+0.30R比例转化为灰度图片。进一步说明，所述步骤（2）中，核心图像区域是处理后的定制图像中的人物或者特定的目标，具体操作方法为将目标对象，即需要保留的图像内容，与背景分开，只保留目标前景图像，并对图像中背景图像部分处置为空白。进一步说明，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、导入定制图像，根据定制样式调整图像大小，并转化为灰度图片；（2）、对灰度化后的图片进行图像分割，获取核心图像区域，并对背景图像进行留白处理；（3）、根据圆堆特性并结合不同的力学结构要求，计算冲头孔径标准系列对应的圆半径范围；（4）、计算前景图像的几何中心，并作为起始点；（5）、以步骤（4）中的起始点建立极坐标系，由最大间距获取轴径，寻找下一点；（6）、由间距计算极角旋转角度，预拟定下一点坐标；（7）、调整该点坐标；（8）、循环进行步骤（6）和步骤（7），完成对区域与边界的填充；（9）、统计，生成加工工艺信息，并通过数控加工机床使用该加工工艺信息进行加工。

【技术特征摘要】
1.一种基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、导入定制图像，根据定制样式调整图像大小，并转化为灰度图片；（2）、对灰度化后的图片进行图像分割，获取核心图像区域，并对背景图像进行留白处理；（3）、根据圆堆特性并结合不同的力学结构要求，计算冲头孔径标准系列对应的圆半径范围；（4）、计算前景图像的几何中心，并作为起始点；（5）、以步骤（4）中的起始点建立极坐标系，由最大间距获取轴径，寻找下一点；（6）、由间距计算极角旋转角度，预拟定下一点坐标；（7）、调整该点坐标；（8）、循环进行步骤（6）和步骤（7），完成对区域与边界的填充；（9）、统计，生成加工工艺信息，并通过数控加工机床使用该加工工艺信息进行加工。2.根据权利要求1所述的基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征是：所述步骤（4）的具体步骤为：a.对图像逐行扫描，分别记录含有图像的最小行数，最大行数，最小列数，最大列数；b.由最大行数与最小列数形成的左下角、最小行数与最大列数形成的右上角确定前景图像最小矩形包围盒；c.由包围盒计算中心，作为初始点坐标；d.由该初始点及其上下左右4点灰度值计算5点平均值，确定起始点对应的第一个圆；e.记录起始点坐标与圆半径。3.根据权利要求1所述的基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征是：所述步骤（5）的具体步骤为：a.以初始点作为坐标轴极点，建立极坐标系；b.取初始点对应的圆半径范围的最大值的两倍，作为极径，取点作为预拟定下一点坐标；c.将该点坐标转化为图像像素直角坐标，由该点及其上下左右4点灰度值计算5点平均值，获得该点灰度平均值，并取该灰度均值确定该点对应的圆的圆半径；d.计算该圆与初始点对应的圆是否相切，不相切，则沿极轴移动该圆圆心至两圆外相切；e.第二个圆确定，记录该圆的圆心坐标与圆半径，且该圆同时是一圈的初始圆。4.根据权利要求1所述的基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征是：所述步骤（6）的具体步骤为：a.取上一点的对应的圆半径范围的最大值的两倍L1，以及上一点的极径L2，建立等腰三角形，其中，L1为底边边长，L2为侧边边长；b.计算该等腰三角形的顶角角度大小；c.使极轴沿逆时针转动该角度，获得新的极角；d.取上一点极径L2作为预拟定的新一点的极轴，获取新一点的极坐标。5.根据权利要求1所述的基于圆堆的孔装饰板设计排布方法，其特征是：所述步骤（7）的具体步骤为：a.检查上一步骤获得的新点的极坐标是否超出前景图像区域；若是，放弃在该点建立圆，重新取下一点；b.若不是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆继明，栗科峰，付国定，孙凤霞，卢苏华，万露，梁四香，杨志岱，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41