CN102016914B - 图像形状改变装置、图像形状改变方法以及图像形状改变程序 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式所涉及的图像形状改变装置(10)改变用于三维打印机的图像的形状，该三维打印机在三维形状的介质的表面上按照每个打印带进行打印，该图像形状改变装置具备：相对曲率计算单元(11)，其按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及图像放大缩小单元(12)，其与相对曲率相应地，按照每个打印带将图像放大或者缩小。

Description

图像形状改变装置、图像形状改变方法以及图像形状改变程序
技术领域
本发明涉及一种改变用于三维打印机的图像的形状的图像形状改变装置、图像形状改变方法以及图像形状改变程序，该三维打印机在三维形状的介质表面进行打印。 
背景技术
已知一种在三维形状的介质表面打印图像的三维打印机。在专利文献1中记载了这种三维打印机。该三维打印机使介质相对于XYZ正交坐标系的X轴(B轴)以自转的方式进行旋转，来在介质表面打印图像。 
在专利文献1中记载了如下问题点：打印到介质的球面打印面的图像在外观上以向该球面打印面的外周方向(Y方向)逐渐缩小的状态发生失真。关于该问题点，专利文献1记载了利用控制三维打印机的主计算机以如下方式来校正打印到该球面打印面的图像的失真，该方式为：在从喷墨头喷墨至其正下方的球面打印面而形成的用于打印图像的在Y方向上排列的墨点之间加入空白部分。 
专利文献1：日本特开2007-8110号公报 
发明内容
发明要解决的问题
然而，当将用于在平面上进行打印的图像原样打印到三维形状的介质表面、例如球面、半球面上时，打印后的图像在外观上沿X方向也发生失真。例如，在将视点放在球面的赤道上 方的情况下，以沿着赤道的下边较长而向球面的顶部逐渐缩小的状态发生失真。 
因此，本发明的目的在于提供一种在三维形状的介质表面打印图像的情况下能够减少打印图像外观上的失真的图像形状改变装置、图像形状改变方法以及图像形状改变程序。 
用于解决问题的方案
本发明的一个侧面所涉及的图像形状改变装置改变用于三维打印机的图像，该三维打印机在三维形状的介质的表面上按照每个打印带进行打印，其中，该图像形状改变装置具备：相对曲率计算单元，其按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及图像放大缩小单元，其根据每个上述打印带的相对曲率放大或缩小该打印带的上述图像。 
另外，本发明的另一个侧面所涉及的图像形状改变方法改变用于三维打印机的图像的形状，该三维打印机在三维形状的介质的表面上按照每个打印带进行打印，其中，该图像形状改变方法包括以下步骤：按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及与相对曲率相应地，将图像按照每个打印带放大或者缩小。 
另外，本发明的另一个侧面所涉及的图像形状改变程序改变用于三维打印机的图像的形状，该三维打印机在三维形状的介质的表面上按照每个打印带进行打印，其中，该图像形状改变程序使计算机作为以下单元发挥功能：相对曲率计算单元，按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率；以及图像放大缩小单元，其与相对曲率相应地，将上述图像按照每个打印带放大或者缩小。 
根据本发明，与介质的相对曲率相应地将图像按照每个打印带放大或者缩小，因此在将该图像打印到三维形状的介质的 表面上的情况下，能够减少与特定的视点相应的打印图像外观上的失真。 
较为理想的是，上述相对曲率计算单元按照每个打印带求出表示该打印带的周长相对于基准周长之比的相对曲率，该基准周长是与基准打印带相对应的介质的基准周长。在这种情况下，较为理想的是，相对曲率越小，上述图像放大缩小单元越是放大上述图像，并且较为理想的是，相对曲率越大，越是缩小上述图像。 
发明的效果
根据本发明，在三维形状的介质的表面上打印图像的情况下，能够减少与特定的视点相应的打印图像外观上的失真。 
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的三维打印机和打印机控制装置的结构的图。 
图2是表示图1示出的三维打印机的主要部分的结构的图。 
图3是表示图1示出的打印机控制装置的电气结构的图。 
图4是表示本发明的实施方式所涉及的图像形状改变装置的电气结构的图。 
图5是求出相对曲率的方法的概念图。 
图6是表示每个打印带的相对曲率的图。 
图7是利用图4所示的图像形状改变装置改变图像形状的概念图。 
图8是表示坐标数据和头数据的图。 
图9是三维坐标生成部的功能的概念图。 
图10是本发明的实施方式所涉及的图像形状改变方法的流程图。 
图11是以往的图像展开方法的概念图。 
图12是表示以往的打印结果的图。 
图13是表示本发明的打印结果的图。 
图14是求出椭圆体形状的介质的相对曲率的方法的概念图。 
附图标记说明
10：图像形状改变部(图像形状改变装置)；11：相对曲率计算部(相对曲率计算单元)；12：图像放大缩小部(图像放大缩小单元)；20：RIP部；30：三维坐标生成部；40：头数据生成部；50：数据传送/打印控制部；100：打印机控制装置；200：三维打印机；210：头；220：支承部；221：X轴方向移动部；222：Y轴方向移动部；223：Z轴方向移动部；224：B轴旋转部；225：A轴旋转部；300：介质。 
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在各图中对相同或者相当的部分附加相同附图标记。 
图1是表示本实施方式所涉及的三维打印机和打印机控制装置的结构的图。本发明的实施方式所涉及的图像形状改变装置装载于用于控制三维打印机200的打印机控制装置100中。 
在打印机控制装置100中例如使用个人计算机(PC)。打印机控制装置100例如通过以太网(10baseT)方式与三维打印机200进行使用了命令和状态的双向通信。具体地说，打印机控制装置100向三维打印机200发送用于获取三维打印机200的状态的命令。三维打印机200当从打印机控制装置100接收到命令时，将当前的状态、例如能否进行打印的状态返送给打印机控制装置100。 
打印机控制装置100确认来自三维打印机200的状态，在能够进行打印的情况下，将用于进行图像打印的坐标数据和头数据依次发送给三维打印机200。三维打印机200将这些坐标数据和头数据依次保存到存储器中。 
之后，当打印机控制装置100发送用于执行打印的命令时，三维打印机200接收该命令，并根据坐标数据和头数据执行打印。 
图2是表示三维打印机200的主要部分的结构的图。图2所示的三维打印机200是用于在三维形状、例如球状的介质300的表面上打印图像的打印机。三维打印机200具备头210和支承部220，该头210向介质300的表面喷墨，该支承部220支承介质300和头210。 
支承部220具备：X轴方向移动部221，其使介质300沿X轴方向移动；Z轴方向移动部223，其使介质300沿Z轴方向移动；B轴旋转部224，其使介质300相对于X轴(B轴)以自转的方式进行旋转；A轴旋转部225，其使介质300相对于Y轴(A轴)以公转的方式进行旋转；以及Y轴方向移动部222，其使头210沿Y轴方向移动。 
该支承部220根据从打印机控制装置100接收到的坐标数据来确定介质300和头210的位置，并且通过使介质300相对于A轴逐渐旋转来确定成为打印对象的打印带。另外，支承部220通过使介质300相对于B轴旋转，能够进行与头宽度相对应的打印带的打印。 
另外，头210根据坐标数据中的打印参数以及从打印机控制装置100接收到的头数据，使多个喷嘴中的每个喷嘴喷墨，并且调整喷墨量。 
图3是表示打印机控制装置100的结构的图。图3所示的打印 机控制装置100具备图像形状改变部(本发明的实施方式所涉及的图像形状改变装置)10、RIP(Raster Image Processor：光栅图像处理器)部20、三维坐标生成部30、头数据生成部40以及数据传送/打印控制部50。 
图像形状改变部10接收表示介质300的形状的介质形状信息和进行打印的图像数据，根据介质300的形状改变图像数据。如图4所示，图像形状改变部10具有相对曲率计算部11和图像放大缩小部12。 
相对曲率计算部11按照每个打印带求出相对于打印带中的基准打印带的相对曲率。具体地说，相对曲率计算部11按照每个打印带求出表示介质300的周长相对于基准周长的相对曲率，其中，该基准周长是与打印带中的基准打印带相对应的介质300的基准周长。 
例如，相对曲率计算部11按照每个打印带求出周长。相对曲率计算部11将打印带中的一个打印带设为基准打印带，将该基准打印带的周长设为基准周长。例如图5所示，在球状的介质300中，当将相对于B轴最靠近赤道侧的打印带设为基准打印带B0时，通过下式求出基准打印带B0的基准周长BL0以及其它打印带B的周长BL。 
BL0＝2πR0 
BL＝2πR＝2πR0cosθ 
R0：基准打印带B0的B轴旋转半径、即介质300的赤道半径 
R：其它打印带B的B轴旋转半径 
θ：相对于基准打印带B0的其它打印带B的中心角 
然后，相对曲率计算部11通过下式按照每个打印带求出表示周长BL相对于基准周长BL0的相对曲率RC。 
RC＝BL/BL0＝cosθ 
相对曲率计算部11将如图6所示那样的按照每个打印带求出的相对曲率RC提供给图像放大缩小部12。 
图像放大缩小部12根据相对曲率RC，将图像在每个打印带上放大或者缩小。具体地说，图像放大缩小部12通过下式，按照每个打印带求出图像的放大缩小率ER。 
ER＝(1/RC) 
然后，图像放大缩小部12根据所求出的放大缩小率，将图像按照每个打印带来放大或者缩小。 
由此，图像放大缩小部12以相对曲率越小越放大图像、相对曲率越大越缩小图像的方式将如图7的(a)所示的矩形图像改变成如图7的(b)所示的图像。特别是在球状的介质300上，图像放大缩小部12从介质300的相对于B轴的赤道向顶点的方向逐渐放大图像。 
返回图3，RIP部20接收来自图像形状改变部10的图像数据，从PC用图像数据转换为打印机用图像数据。例如，RIP部20根据来自图像形状改变部10的图像数据，生成图像大小等的图像信息以及光栅数据。RIP部20将图像信息提供给三维坐标生成部30，并且将光栅数据提供给头数据生成部40。 
三维坐标生成部30接收来自RIP部20的已进行RIP处理的图像数据和介质形状信息，生成用于三维打印机200进行打印的坐标数据。 
头数据生成部40接收来自RIP部20的光栅数据和来自三维坐标生成部30的坐标数据，来生成与坐标数据一一对应并且用于三维打印机200进行打印的头数据。 
在图8中示出这些坐标数据以及头数据的一例。在图8中例示了使用具有3组(列)×106个＝318个喷嘴的头210进行打印的情况。针对介质300中的各打印带B的各打印单元格C生成多个一 一对应的坐标数据和头数据。此外，打印带的宽度和打印单元格的大小由头的大小、即喷嘴的个数和间隔来决定。 
坐标数据例如以头210中左下方的喷嘴的位置为头的基准点并具有该基准点的坐标值。具体地说，坐标数据具有用于控制支承部220的多个坐标值，该支承部220支承三维打印机200中的介质300和头210。即，坐标数据具有用于控制X轴方向移动部221的X轴坐标值、用于控制Y轴方向移动部222的Y轴坐标值、用于控制Z轴方向移动部223的Z轴坐标值、用于控制B轴旋转部224的B轴坐标值以及用于控制A轴旋转部225的A轴坐标值。 
在本实施方式中，例示了不进行C轴坐标控制、D轴坐标控制以及E轴坐标控制的方式，但是在进行这些控制的情况下，坐标数据具有C轴坐标值、D轴坐标值以及E轴坐标值。 
另外，在坐标数据中附加与墨色(例如黑色、浅青色、品红色、黄色)相对应的头编号、UV硬化参数。 
这些坐标值、头编号以及UV硬化参数按照相对应的保存位置保存在存储器中。 
另一方面，头数据是以三维打印机200的一个头为一个喷墨单位汇总光栅数据而得到的，头数据与坐标数据一一对应。头数据按照每个喷墨的喷嘴决定灰度值。另外，头数据决定喷嘴组之间(列间)的喷墨延迟参数。 
这些喷嘴的灰度值以及喷嘴组之间的喷墨延迟参数按照所对应的保存位置保存在存储器中。 
此外，在打印范围外、即空运行范围内的打印单元格Ca中，不是通过指定头数据中的喷嘴的灰度而是通过不指定坐标数据中的头编号来进行对应。这些坐标数据和头数据被提供给数据传送/打印控制部50。 
在此，三维坐标生成部30为了使每个打印带的分辨率一致，而根据相对曲率和打印范围(例如周长)，按照每个打印带调整喷墨间隔、头进给距离。 
具体地说，三维坐标生成部30与相对曲率计算部11同样地按照每个打印头求出周长BL和相对曲率RC，根据这些周长BL、相对曲率RC以及期望的分辨率，求出喷墨坐标间隔Si(在半球的情况下是旋转角角度(Degree))。 
Si＝360/(BL/Sr)×(1/RC) 
Sr：分辨率的点间隔 
三维坐标生成部30根据该喷墨坐标间隔Si来设定上述各坐标值。 
由此，如图9所示，能够使每个打印带的分辨率一致。详细地说，在图9的(b)中示出将图9的(a)所示的球状的介质300的表面展开成矩形的图。图9的(b)中的虚线表示相对于B轴的旋转角度，其间隔是等角度。如图9的(b)所示，在三维坐标生成部30中，相对曲率RC越小，越增大喷墨坐标间隔Si，相对曲率RC越大，越减小喷墨坐标间隔Si。换言之，在球状的介质300中，三维坐标生成部30从介质300的赤道侧向顶点侧逐渐增大喷墨坐标间隔Si。其结果，如图9的(c)所示，当将打印带长度变换为周长时，在外观上，能够使喷墨坐标间隔Si、即分辨率在每个打印带上一致。 
返回图3，数据传送/打印控制部50进行三维打印机200的打印控制。例如，数据传送/打印控制部50如上述那样向三维打印机200发送命令来确认三维打印机200的状态。在三维打印机200的状态表示能够打印时，数据传送/打印控制部50将来自三维坐标生成部30的坐标数据和来自头数据生成部40的头数据依次输出到三维打印机200。之后，当数据传送/打印控制部50发送打 印执行命令时，由三维打印机200向介质300的表面打印图像。 
接着，说明图像形状改变装置10的动作，并且说明本发明的实施方式所涉及的图像形状改变方法。图10是表示图像形状改变处理的流程图。 
图像形状改变装置10例如以包括CPU、ROM、RAM的计算机为主体而构成，图4所示的图像形状改变装置10的各功能通过在ROM、RAM上读入图像形状改变程序并由CPU执行该图像形状改变程序来实现。即，由CPU一并控制图像形状改变装置10的动作，通过执行图像形状改变程序来进行图10的流程图所示的图像形状改变处理。 
在此，图像形状改变程序可以通过保存在软盘、CD-ROM、DVD或ROM等存储介质或者半导体存储器中来进行提供，还可以作为叠加在载波中的计算机数据信号经由网络来进行提供。在这种情况下，图像形状改变装置10具有用于从上述记录介质中读取程序等数据的读取装置(未图示)、用于经由网络获取程序等数据的通信装置(未图示)。 
这种情况下，CPU作为图像形状改变装置10的各部分发挥功能。图像形状改变装置10也可以是安装在打印机控制装置100中的ASIC、FPGA等。另外，图像形状改变装置10也可以是包括控制打印机控制装置100整体的CPU以及ASIC、FPGA等的结构。在这种情况下，图像形状改变装置10的一部分结构例如由与CPU不同的ASIC、FPGA等构成。例如，考虑由ASIC、FPGA等构成图像形状改变装置10中的相对曲率计算部11、图像放大缩小部12的进行上述运算处理的部分。根据这种结构，例如能够适当并且高速地进行相对曲率计算部11、图像放大缩小部12的运算处理。 
首先，由相对曲率计算部11按照每个打印带B求出周长 BL(S01)，确定打印带中的基准打印带B0，并且将该基准打印带B0的周长确定为基准周长B0(S02)。接着，由相对曲率计算部11按照每个打印带B求出表示周长BL相对基准周长BL0的相对曲率RC(S03)(图6)。 
接着，由图像放大缩小部12按照每个打印带求出基于相对曲率RC的放大缩小率ER(S04)，与该放大缩小率ER相应地按照每个打印带放大或者缩小图像(S05)(图7)。 
另外，在以往的图像展开方法中，如图11所示那样例如是将半球状的介质300的表面展开为矩形、使矩形图像对应打印在该介质300的表面上的方法。因此，如图12所示那样，当将矩形的图像原样打印在半球状的介质300上时，在外观上，图像发生失真。具体地说，在将视点置于介质300的赤道上方(图12的纸面的上侧)的情况下，可以看到失真为沿着赤道的图像的下边较长而向球面的顶部图像逐渐缩小的状态。 
然而，根据本实施方式的图像形状改变装置10、图像形状改变方法以及图像形状改变程序，如图13的(a)所示，与介质300的相对曲率相应地按照每个打印带放大或者缩小图像。具体地说，相对曲率越小，越放大图像，相对曲率越大，越缩小图像，因此如图13的(b)所示那样，在将矩形图像打印到三维形状的介质300的表面的情况下，能够减少与特定的视点相应的打印图像外观上的失真。 
此外，本发明不限定于上述本实施方式，能够进行各种变形。例如，本实施方式不限定于球状、半球状的介质，能够应用于各种三维形状的介质的打印。例如，即使是椭圆体状、葫芦状的介质，只要应用本发明的思想，就能够减少与特定的视点相应的打印图像外观上的失真。 
下面，作为改变例，例示求出椭圆体状的相对曲率的方法。 
在如图14所示的椭圆体状的介质中，打印带的周长BL通过下述式子求出。 
BL = π × 2 ( a 2 + b 2 ) - ( a - b ) 2 / 2.2
a：介质的一个旋转半径 
b：介质的另一个旋转半径 
因此，将这样求出的周长之一作为基准周长BL0，如上述那样按照每个打印带求出表示周长BL相对于基准周长BL0的相对曲率RC，只要根据该相对曲率RC放大或者缩小图像即可。 
此外，为了防止近似值超过实际的介质长度，也可以将上述式子中的系数2.2变更为例如2.1。 
另外，在本实施方式中，相对曲率计算部11求出表示介质300的周长相对于基准周长的相对曲率，该基准周长是与打印带中的基准打印带相对应的介质300的基准周长，相对曲率计算部11也可以求出表示曲率1/R相对于基准曲率的相对曲率，该基准曲率是与打印带中的基准打印带相对应的基准曲率1/R0。在这种情况下，图像放大缩小部12与该相对曲率相应地进行如下变化：相对曲率越大，越放大图像，相对曲率越小，越缩小图像。 
产业上的可利用性
在对三维形状的介质的表面打印图像的情况下，能够用于减少打印图像外观上的失真。 

Claims (2)

1.一种图像形状改变装置，改变用于三维打印机的图像的形状，该三维打印机对三维形状的介质的表面按照每个打印带进行打印，其中，该图像形状改变装置具备：
相对曲率计算单元，其按照每个上述打印带求出相对于上述打印带中的基准打印带的相对曲率；以及
图像放大缩小单元，其按照每个上述打印带将上述图像与上述相对曲率相应地放大或者缩小；
其中，该相对曲率是表示上述介质的周长相对于基准周长的相对曲率，该基准周长是与上述基准打印带相对应的上述介质的基准周长，上述相对曲率越小，上述图像放大缩小单元越放大上述图像，上述相对曲率越大，上述图像放大缩小单元越缩小上述图像。
2.一种图像形状改变方法，改变用于三维打印机的图像的形状，该三维打印机对三维形状的介质的表面按照每个打印带进行打印，其中，该图像形状改变方法包括以下步骤：
按照每个上述打印带求出相对于上述打印带中的基准打印带的相对曲率；以及
按照每个上述打印带将上述图像与上述相对曲率相应地放大或者缩小；
其中，该相对曲率是表示上述介质的周长相对于基准周长的相对曲率，该基准周长是与上述基准打印带相对应的上述介质的基准周长，上述相对曲率越小，越放大上述图像，上述相对曲率越大，越缩小上述图像。
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