在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法及系统技术方案

本申请提供一种在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法，包括：获取雕刻标的的轮廓深度图和纹理细节深度图；分别计算得到轮廓点云数据和纹理细节点云数据；匹配轮廓点云数据和纹理细节点云数据，并在匹配后进行拼接，合成得到拼接点云数据；计算潜在曲面；标定拼接点云数据；基于标定后的拼接点云数据，提取三维网格表面，形成网格状原始模型文件；将网格状原始模型文件转换得到3D格式文件，并选择匹配相应的刀具，生成NC加工指令，控制CNC加工装置使用刀具对胚料进行切削雕刻。本申请还提出了一种在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的系统。本申请在雕刻时可获取较为精准的网格状原始模型文件，且根据网格状原始模型文件自动匹配刀具。具。具。

【技术实现步骤摘要】
在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法及系统


[0001]本申请涉及雕刻
，具体涉及一种在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法及系统。

技术介绍

[0002]雕刻工艺从古至今在得以传承的同时也在与时俱进，从最早的石器雕刻到骨雕、陶塑等多种形式，内容也丰富多彩，历朝历代各具特色。雕刀在玉石、象牙、果核上能够雕刻出人物、山水、花鸟等图案，图案成形后其效果类似于美术中的素描或线条勾勒；又或者以浅浮雕或镂空的手法进行雕刻。近年来，以木质品雕刻工艺的手串、佛珠、吊坠等深受民众欢迎，此类佩戴工艺品渐渐流行，例如橄榄核，橄榄核串珠大小适中，硬度较优，可作为手串佩戴，可雕刻人像、神兽等图案，寓意吉祥美好。
[0003]然而，由于果核串珠尺寸较小，手工雕刻难度不小，制作过程需耗费较长时间，市面上渐渐出现机器雕刻工艺品，价格便宜，易于获得，但机器雕刻时获取的模板精准度较差，且不能根据模板的纹理特征自动匹配加工刀具，从而使得加工后获得的雕刻品的质量较差。

技术实现思路

[0004]鉴于以上问题，本申请提出一种在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法及系统，以解决模板精准度较差和不能自动匹配加工刀具的技术问题。
[0005]本申请实施例提供一种在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法，包括：
[0006]使用立体相机采集雕刻标的3D表面的双目图像，并计算出雕刻标的3D表面的轮廓深度图；
[0007]使用亮度立体视觉测量技术，计算获得雕刻标的3D表面的纹理细节深度图；
[0008]基于所述轮廓深度图和纹理细节深度图，分别计算得到轮廓点云数据和纹理细节点云数据；
[0009]匹配所述轮廓点云数据和所述纹理细节点云数据，并在匹配后进行拼接，合成得到具有八叉树结构的拼接点云数据；
[0010]计算所述拼接点云数据中每个点的曲面法线，得到潜在曲面；
[0011]标定所述拼接点云数据中的每个点，以确定所述每个点与所述潜在曲面的位置；
[0012]基于标定后的所述拼接点云数据，提取三维网格表面，形成雕刻标的的网格状原始模型文件；
[0013]将所述网格状原始模型文件转换得到3D格式文件；
[0014]将所述3D格式文件传送到CAD/CAM系统，并选择匹配对应的刀具，进而生成CNC加工装置的NC加工指令，基于所述NC加工指令，控制所述CNC加工装置使用所述刀具对胚料进行切削雕刻。
[0015]在一实施例中，所述方法进一步包括：
[0016]将所述网格状原始模型文件传递至数据处理中心，所述数据处理中心用于通过深度神经网络得出的AI算法将所述网格状原始模型文件转化为根据客户选择的订制风格的模型文件；
[0017]将所述订制风格的模型文件转换得到所述3D格式文件，并继续执行后续加工步骤。
[0018]在一实施例中，所述深度神经网络得出的AI算法的步骤包括：
[0019]采集各个不同风格雕刻工艺品的深度图像并计算出其相应的3D点云数据；
[0020]将采集到的3D点云数据分别使用CAD工程软件处理，生成对应的闭合完整的雕刻品3D曲面；
[0021]分别对所述雕刻品3D曲面进行轮廓特征处理，提取出细节雕刻特征，以形成各种不同雕刻风格特征数据库；和
[0022]使用VGG深度神经网络作为模型对所述各种不同雕刻风格特征数据库进行训练，藉由倒传递算法调整神经网络的参数，以得出所述AI算法。
[0023]在一实施例中，所述计算出雕刻标的3D表面的轮廓深度图的步骤，包括：
[0024]获取所述雕刻标的的双目图像；
[0025]基于所述双目图像，对所述立体相机进行标定，得到所述立体相机的内外参数；
[0026]根据所述内外参数对所述双目图像进行校正；
[0027]对校正后的所述双目图像进行立体匹配，获得视差图；
[0028]基于所述视差图，获得所述轮廓深度图。
[0029]在一实施例中，所述计算得到轮廓点云数据的步骤，包括：
[0030]根据所述轮廓深度图，获得每个第一点的第一深度值；
[0031]根据所述每个第一点的第一深度值，确定每个第一点的三维坐标；
[0032]根据确定的每个第一点的三维坐标，得到轮廓点云数据。
[0033]在一实施例中，所述获得雕刻标的3D表面的纹理细节深度图的步骤，包括：
[0034]建立一光照模型；
[0035]标定光源的方向向量，并获取所述光源光照下雕刻标的的图像；
[0036]基于所述光照模型、所述光源的方向向量及所述雕刻标的的图像，计算得到所述雕刻标的的表面法向量；
[0037]基于所述雕刻标的的表面法向量，计算得到所述纹理细节深度图。
[0038]在一实施例中，所述计算得到纹理细节点云数据的步骤，包括：
[0039]根据所述纹理细节深度图，获得每个第二点的第二深度值；
[0040]根据所述每个第二点的第二深度值，确定每个第二点的三维坐标；
[0041]根据确定的每个第二点的三维坐标，得到纹理细节点云数据。
[0042]在一实施例中，所述匹配所述轮廓点云数据和所述纹理细节点云数据，并在匹配后进行拼接，合成得到具有八叉树结构的拼接点云数据的步骤，包括：
[0043]通过运动恢复结构算法对所述轮廓点云数据和所述细节点云数据进行匹配；
[0044]通过迭代最近点算法对匹配后的所述轮廓点云数据和所述细节点云数据进行拼接，合成得到具有八叉树结构的拼接点云数据。
[0045]在一实施例中，所述通过迭代最近点算法对匹配后的所述轮廓点云数据和所述纹
理细节点云数据进行拼接，合成得到拼接点云数据的步骤，包括：
[0046]在所述轮廓点云数据中选取第一点集；
[0047]找出所述纹理细节点云数据中的与所述第一点集中的第一点距离最小的第二点，并形成第二点集；
[0048]基于所述第一点集和所述第二点集，计算旋转矩阵和平移矩阵，使得误差函数最小；
[0049]基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对所述第一点集中的第一点进行旋转和平移变换，得到第三点集；
[0050]计算所述第二点集和所述第三点集的平均距离；
[0051]判断平均距离是否小于预设距离阈值或大于预设的最大迭代次数；
[0052]若为是，则停止迭代，获得所述拼接点云数据；
[0053]若为否，则继续找出所述纹理细节点云数据中的与所述第一点集中的第一点距离最小的第二点，并形成第二点集，直到满足收敛条件为止。
[0054]在一实施例中，所述雕刻标的为人脸，所述轮廓深度图包含五官的轮廓特征，所述纹理细节深度图包含人脸面部上皱纹的纹理特征，所述数据处理中心包括一雕刻风格模式数据库，用于提供用户从中选取雕刻风格模式数据，所述风格模式数据包括面部三维数据、雕刻风格数据、面部特征数据。
[0055]在一实施例中，基于胚料材质和所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在胚料上雕刻出雕刻标的3D表面的方法，其特征在于，包括：使用立体相机采集雕刻标的3D表面的双目图像，并计算出雕刻标的3D表面的轮廓深度图；使用亮度立体视觉测量技术，计算获得雕刻标的3D表面的纹理细节深度图；基于所述轮廓深度图和纹理细节深度图，分别计算得到轮廓点云数据和纹理细节点云数据；匹配所述轮廓点云数据和所述纹理细节点云数据，并在匹配后进行拼接，合成得到具有八叉树结构的拼接点云数据；计算所述拼接点云数据中每个点的曲面法线，得到潜在曲面；标定所述拼接点云数据中的每个点，以确定所述每个点与所述潜在曲面的位置；基于标定后的所述拼接点云数据，提取三维网格表面，形成雕刻标的的网格状原始模型文件；将所述网格状原始模型文件转换得到3D格式文件；将所述3D格式文件传送到CAD/CAM系统，并选择匹配对应的刀具，进而生成CNC加工装置的NC加工指令，基于所述NC加工指令，控制所述CNC加工装置使用所述刀具对胚料进行切削雕刻。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述网格状原始模型文件传递至数据处理中心，所述数据处理中心用于通过深度神经网络得出的AI算法将所述网格状原始模型文件转化为根据客户选择的订制风格的模型文件；将所述订制风格的模型文件转换得到所述3D格式文件，并继续执行后续加工步骤。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述深度神经网络得出的AI算法的步骤包括：采集各个不同风格雕刻工艺品的深度图像并计算出其相应的3D点云数据；将采集到的3D点云数据分别使用CAD工程软件处理，生成对应的闭合完整的雕刻品3D曲面；分别对所述雕刻品3D曲面进行轮廓特征处理，提取出细节雕刻特征，以形成各种不同雕刻风格特征数据库；和使用VGG深度神经网络作为模型对所述各种不同雕刻风格特征数据库进行训练，藉由倒传递算法调整神经网络的参数，以得出所述AI算法。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出雕刻标的3D表面的轮廓深度图的步骤，包括：基于所述双目图像，对所述立体相机进行标定，得到所述立体相机的内外参数；根据所述内外参数对所述双目图像进行校正；对校正后的所述双目图像进行立体匹配，获得视差图；基于所述视差图，获得所述轮廓深度图。5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述计算得到轮廓点云数据的步骤，包括：根据所述轮廓深度图，获得每个第一点的第一深度值；
根据所述每个第一点的第一深度值，确定每个第一点的三维坐标；根据确定的每个第一点的三维坐标，得到轮廓点云数据。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得雕刻标的3D表面的纹理细节深度图的步骤，包括：建立一光照模型；标定光源的方向向量，并获取所述光源光照下所述雕刻标的的图像；基于所述光照模型、所述光源的方向向量及所述雕刻标的的图像，计算得到所述雕刻标的的表面法向量；基于所述雕刻标的的表面法向量，计算得到所述纹理细节深度图。7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述计算得到纹理细节点云数据的步骤，包括：根据所述纹理细节深度图，获得每个第二点的第二深度值；根据所述每个第二点的第二深度值，确定每个第二点的三维坐标；根据确定的每个第二点的三维坐标，得到纹理细节点云数据。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述匹配所述轮廓点云数据和所述纹理细节点云数据，并在匹配后进行拼接，合成得到具有八叉树结构的拼接点云数据的步骤，包括：通过运动恢复结构算法对所述轮廓点云数据和所述纹理细节点云数据进行匹配；通过迭代最近点算法对匹配后的所述轮廓点云数据和所述纹理细节点云数据进行拼接，合成得到具有八叉树结构的拼接点云数据。9.如权利要求8所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋益民，张敬东，占立峰，温晓宁，李军旗，
申请(专利权)人：深圳精匠云创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：