一种面向分层与连续相结合的打印的最大最小距离快速计算方法技术

一种面向分层与连续相结合的打印的最大最小距离快速计算方法涉及图像处理技术领域。该方法包括如下步骤：图像预处理、图像曝光区域提取、计算量优化、最大最小距离计算、输出打印控制方案。现有算法存在两个主要缺陷：(1)无法计算复杂切片图像的最大最小距离(2)计算较大，计算速度慢。本发明专利技术可以获得精准的分层与连续相结合的打印控制方案，提高打印效率，同时具有可移植性。因此本发明专利技术具有一定的应用价值和意义。值和意义。值和意义。

【技术实现步骤摘要】
一种面向分层与连续相结合的打印的最大最小距离快速计算方法


[0001]本专利技术涉及图像处理技术，具体涉及对三维模型切片图像的分割、细化、边界点获取等技术，从而获取每张图片对应的最大最小距离，实现分层打印与连续打印的决策。

技术介绍

[0002]随着美国《时代》周刊将3D打印技术列为“美国十大增长最快的工业”,3D打印技术的发展呈现出快速增长势头。3D打印技术是一种新兴的快速成型技术,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。从行业分布来看，用于消费电子领域的打印技术仍然占主导地位，大约占20.3％的市场份额，其他主要领域依次是汽车(19.5％)、医疗和医科(15.1％)、工业及商用机器(10.8％)；从区域分布来看，北美地区(40.2％)、欧洲(29.1％)、亚洲(26.3％)三大区域占主导地位，其中亚洲地区主要集中于日本(38.7％)及中国(32.9％)。
[0003]3D打印技术最早出现于20世纪90年代中期，属于快速成型技术的一种，又称增材制造。它的工作原理与普通的打印类似，打印机使用光敏树脂、PLA耗材等打印材料，与电脑连接后，通过电脑控制将材料层层叠加，最终实现计算机中的三维模型蓝图。
[0004]如今，市场上的快速成型技术有很多，如：熔融沉积制造技术(Fused Deposition Modeling，FDM),立体平板印刷技术(Stereo Lithography Apparatus,SLA),选择性激光烧结技术(Selected Laser Sintering,SLS),激光成型技术(Digital Lighting Process,DLP),叠层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing，LOM)和UV紫外线成型技术等。其中，DLP技术以打印速度快和打印精度高著称，较多应用于珠宝铸造、牙科医疗等领域。
[0005]传统的DLP打印属于分层打印，虽然较SLA等点固化技术速度要快，但是仍然无法达到应用于大规模生产的要求。2015年，Joseph DeSimone教授提出了CLIP技术，实现了DLP的连续打印，大大提升了打印速度和打印精度。2019年Mirkin等人提出使用氟油代替CLIP中的dead zone，实现连续打印。至今，对于连续打印的研究一直都在进行，但是连续打印一直存在对模型尺寸的限制。2021年，Wu等人提出了maximum fillable distance(MFD)。通过计算切片图像的最大最小距离，与MFD进行比较，获得一种将连续打印和分层打印相结合的打印控制方案。但是他们的最大最小距离计算算法存在两个主要缺陷：(1)无法计算复杂切片图像的最大最小距离(2)计算较大，计算速度慢。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种面向分层与连续相结合的打印的最大最小距离快速计算方法，用于快速计算某个模型切片图像的最大最小距离，提供针对此模型的最优打印方案。
[0007]为了实现上述方法，具体步骤如下：
[0008]步骤100、首先，在同一打印条件下，打印不同半径的圆柱体模型。找到没有成型异
常现象的圆柱体模型最大半径，即为此打印条件下的树脂最大可填充距离，记为MFD；
[0009]步骤200、遍历一个模型所有的切片图像。对输入的切片图像进行一系列预处理操作。首先将图片二值化，随后对图片进行边缘提取，使用边界追踪算法获得图片中的所有外边界。根据外边界获得图片中所有相互独立的小曝光区域，其中第i个曝光区域的边界点集合记为Vi；
[0010]步骤300、遍历所有的曝光区域，获得每个曝光区域的最小外接矩形。利用曝光区域的外边界点，使用掩膜将当前曝光区域提取出来。判断当前曝光区域是否为实心区域，是则跳转到步骤400，否则跳转到步骤500；
[0011]步骤400、对提取后的曝光区域进行细化，得到本区域的骨架点。计算骨架点与所有边界点的距离，获得最小值。找到所有骨架点对应最小值的最大值，即为此区域的最大最小距离。计算得到当前曝光区域的最大最小距离后跳转到步骤600；
[0012]步骤500、提取后的曝光区域记为C。填充曝光区域，得到D。对D进行细化，得到骨架点。计算骨架点与所有外边界点的距离，获得最小值。其中，计算骨架点到外边界点的距离为两点相连直线在C所经过的白色区域的距离。找到所有骨架点对应最小值的最大值，即为此区域的最大最小距离。计算得到当前曝光区域的最大最小距离后跳转到步骤600；
[0013]步骤600、找到所有曝光区域的最大最小距离的最大值，则为当前切片图像的最大最小距离。将其与MFD进行比较得到切片图像对应层的打印决策。
[0014]其中，首先，在同一打印条件下，打印不同半径的圆柱体模型。找到模型未出现成型异常的最大半径，即为此打印条件下的MFD的步骤100包括：
[0015]在当前打印条件下，采用连续打印技术打印不同半径的圆柱体模型。观察打印结果，找到未出现树脂填充不足导致的模型中心向下凹陷甚至出现白色区域的成型异常现象的圆柱体模型，以最大半径作为此打印条件下的树脂最大可填充距离，即MFD。
[0016]其中，遍历一个模型所有的切片图像。对输入的切片图像进行一系列预处理操作。首先将图片二值化，随后对图片进行边缘提取，使用边界追踪算法获得图片中的所有外边界。根据外边界获得图片中所有相互独立的小曝光区域，其中第i个曝光区域的边界点集合记为Vi的步骤200包括：
[0017]对输入图像，使用125作为阈值将图像二值化，使其像素值取值为0和255，记为A；
[0018]首先，对图像进行高斯滤波，高斯核大小设为(3，3)。随后使用canny算子对图像进行边缘化处理，阈值上限为250，阈值下限为100，结果图像记为B。
[0019]随后，对B自上而下、自左而右地扫描图像中的像素点。以最新遇到的非零像素点为边界起点，按照八邻域追踪下一边界点。同样，以下一边界点为起点继续追踪，直至最后一个边界点。每遍历完一个完整边界，便继续以原始起点继续扫描图像。其中，已遍历边界及其内部不再扫描。以此得到图像中的所有外边界点。
[0020]每一个外边界即对应一个独立的曝光区域。其中第i个曝光区域的边界点集合记为Vi。
[0021]遍历所有的曝光区域，获得每个曝光区域的最小外接矩形。利用曝光区域的外边界点，使用掩膜将当前曝光区域提取出来。判断当前曝光区域是否为实心区域，是则跳转到步骤400，否则跳转到步骤500的步骤300包括：
[0022]遍历当前曝光区域的所有外边界点，记录下横坐标、纵坐标的最大值和最小值。以
此可以确定曝光区域的最小外接矩形。其中，第i个曝光区域对应的最小外接矩形记为Ti；
[0023]使用步骤200中获取的Vi来创建一个mask掩膜，将掩膜与A相乘，得到一个只留有第i个曝光区域的结果图像，并使用最小外接矩形Ti裁剪出第i个曝光区域；
[0024]根据曝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向分层与连续相结合的打印的最大最小距离快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤100、首先，在同一打印条件下，打印不同半径的圆柱体模型；找到没有成型异常现象的圆柱体模型最大半径，即为此打印条件下的树脂最大可填充距离，记为MFD；步骤200、遍历一个模型所有的切片图像；首先将切片图像二值化，随后对图片进行边缘提取，使用边界追踪算法获得图片中的所有外边界；根据外边界获得图片中所有相互独立的小曝光区域，其中第i个曝光区域的边界点集合记为Vi；步骤300、遍历所有的曝光区域，获得每个曝光区域的最小外接矩形；利用曝光区域的外边界点，使用掩膜将当前曝光区域提取出来；判断当前曝光区域是否为实心区域，是则跳转到步骤400，否则跳转到步骤500；步骤400、对提取后的曝光区域进行细化，得到本区域的骨架点；计算骨架点与所有边界点的距离，获得最小值；找到所有骨架点对应最小值的最大值，即为此区域的最大最小距离；计算得到当前曝光区域的最大最小距离后跳转到步骤600；步骤500、提取后的曝光区域记为C；填充曝光区域，得到D；对D进行细化，得到骨架点；计算骨架点与所有外边界点的距离，获得最小值；其中，计算骨架点到外边界点的距离为两点相连直线在C所经过的白色区域的距离；找到所有骨架点对应最小值的最大值，即为此区域的最大最小距离；计算得到当前曝光区域的最大最小距离后跳转到步骤600步骤600、找到所有曝光区域的最大最小距离的最大值，则为当前切片图像的最大最小距离；将其与MFD进行比较得到切片图像对应层的打印决策。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤100包括：在相同打印条件下打印不同半径的圆柱体模型，圆柱体模型的半径以0.5mm为间隔增加，直至打印模型出现树脂填充不足导致的模型中凹陷甚至出现白色区域的成型异常现象；将未出现成型异常现象的打印模型最大半径作为当前打印条件下树脂的最大可填充距离，即MFD。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：步骤200包括：首先，对输入图像，使用125作为阈值将图像二值化，使其像素值取值为0和255，记为A；其次，对图像进行高斯滤波，高斯核大小设为(3，3)；使用canny算子对图像进行边缘化处理，阈值上限为250，阈值下限为100，记为B；然后，对B自上而下、自左而右地扫描图像中的像素点；以最新遇到的非零像素点为边界起点，按照八邻域追踪下一边界点；同样，以下一边界点为起点继续追踪，直至最后一个边界点；每遍历完一个完整边界，便继续以原始起点继续扫描图像；其中，已遍历边界及其内部不再扫描；以此得到图像中的所有外边界点；每一个外边界即对应一个独立的曝光区域；其中第i个曝光区域的边界点集合记为Vi。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤300包括：遍历当前曝光区域的所有边界点，记录下横坐标、纵坐标的最大值和最小值；以此可以确定曝光区域的最小外接矩形；其中，第i个曝光区域对应的最小外接矩形记为Ti；使用步骤200中获取的Vi来创建一个mask掩膜，将掩膜与A相乘，得到一个只留有第i个曝光区域的结果图像，并使用最小外接矩形Ti裁剪出第i个曝光区域；根据曝光区域内部是否全部为白色曝光点分为实心区域和嵌套区域。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤400包括：记最小内接矩形Ti中横坐标最小值为minX，纵坐标最小值为minY；将Vi中所有点的横纵坐标分别减去minX、minY；重复以下迭代步骤直至结果图像中不再有像素点被删除：一次迭代分为两次子迭代；设P1为当前像素点，P2为P1上方的邻域像素，P3为P1右上方的邻域像素点，P4为P1右侧的邻域像素点，P5为P1右下方的邻域像素点，P6为P1下方的邻域像素点，P7为P1左下方的邻域像素点，P8为P1左侧的邻域像素点，P9为P1左上方的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毋立芳，门泽宁，赵立东，姜梦成，项明力，石戈，李尊，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：