CN102101405A - 一种彩色浮雕的自动加工方法 - Google Patents

Abstract

一种彩色浮雕的自动加工方法，本方法的步骤包括先进行图像预处理，再进行浮雕加工，然后根据浮雕模型的高度数据的高度值和各点的坡度值进行浮雕涂布工艺，最后进行浮雕自动上色。本发明的方法具有的显著优点有：与现有的单色浮雕相比，彩色浮雕颜色信息更丰富，表现力更强，更有市场前景；与现有的通过人工方式进行手工着色制作的彩色浮雕相比，基于本发明制作的彩色浮雕加工效率更高、一致性更强，批量化生产时成本也更低。

Description

一种彩色浮雕的自动加工方法

技术领域

本发明涉及一种加工方法，尤其是涉及一种彩色浮雕的自动加工方法。

背景技术

三维浮雕在装饰、广告和工艺品等行业中扮演着越来越重要的角色，其拥有的市场也在逐年增大。但受相关技术条件的限制，现有的三维浮雕产品主要有两类：一种是单色浮雕，其颜色大多为加工材料的底色；另一种是手工加工的彩色浮雕，其是在第一种单色浮雕的基础上，通过人工在浮雕上绘制着色，形成具有简单色彩的彩色浮雕产品。现有的浮雕产品都具有很大的不足，单色浮雕颜色单一，无法满足作为装饰和工艺品等对色彩方面的需求；手工着色的彩色浮雕虽然对单色浮雕有所提升，但由于其着色方式为人手工完成，生产效率较低，且一般着色的精度较低，产品的一致性也很差。因此，浮雕行业亟需能够对浮雕进行自动着色的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种彩色浮雕的自动加工方法，使得浮雕自动加工，浮雕自动着色，最终形成加工效率较高的具有彩色的浮雕产品。

如本发明所述，彩色浮雕的自动加工方法的处理步骤如下：

第一步，图像预处理，

本步骤又可以包含下列步骤：

a、把图片色彩从RGB模式转换到CMYK模式，用灰色分量替代法来完成，

b、采用Floyd-Steinberg算法进行图像的半调处理，

c、为了使得喷墨头图像格式变换把二维彩色图像，将待着色的彩色图像的颜色信息与各个点的高度信息叠加，其中高度信息用来控制喷墨头的运动轨迹，

第二步，浮雕加工，

浮雕加工采用较大的刀具做轮廓加工，再依次减小刀具尺寸，通过在加工过程中插补更 高精度的点，表达更丰富的曲面特征，

第三步，根据浮雕模型的高度数据的高度值和各点的坡度值进行浮雕涂布工艺，

本步骤又可以包含下列步骤：

a、为了使使浮雕具有合适的吸墨和固色能力，对浮雕表面进行光滑处理，

b、合理地选择涂层中的颜料、粘合剂和添加剂等的比例和配方，对浮雕表面进行上色涂层制作，

第四步，浮雕自动上色，

采用龙门机床作为喷墨控制系统的运动控制机构，浮雕自动上色包含以下步骤：

a、根据浮雕模型的高度数据分析浮雕模型的大致偏向角，并以此确定喷墨头的喷墨方向，

b、图像信息以喷墨方向为插值角度，对图像进行插值变换，

c、针对插值后的图像数据，进行CMYK颜色空间的分色，

d、对分色数据进行半调处理，

e、龙门机床通过标定四色喷墨头在浮雕模型中的位置，根据高度数据生成浮雕着色过程的机床运动轨迹；机床夹持喷墨头沿着浮雕模型运动，实时地将位置信息发送给喷墨控制系统，触发喷墨控制系统中断，执行喷墨动作，

f、四色喷头紧贴浮雕模型完成所有喷墨动作，即实现浮雕的自动着色。

与现有技术相比，本发明的一种彩色浮雕的自动加工方法，具有如下显著优点：与现有的单色浮雕相比，彩色浮雕颜色信息更丰富，表现力更强，更有市场前景；与现有的通过人工方式进行手工着色制作的彩色浮雕相比，基于本发明制作的彩色浮雕加工效率更高、一致性更强，批量化生产时成本也更低。

附图说明

图1是本发明的彩色浮雕制作步骤流程图。

图2是本发明的彩色浮雕制作流程图。

图3是本发明的Floyd-Steinberg算法原理图。

图4是本发明的彩色浮雕自动上色平台示意图。

具体实施方式

在图1、2、3中，一种使得自动加工、着色的彩色浮雕的加工方法，包含图像预处理s101、 浮雕加工s102、浮雕涂布工艺s103和浮雕自动上色s104四个步骤。

步骤s101是通过颜色空间转换、彩色半调处理、喷墨头图像格式变换把二维彩色图像转换成适合喷墨设备工作的数据格式。在计算机显示领域，图像多以RGB模式表示，而浮雕着色系统使用的是CMYK颜色，这就需要把色彩从RGB模式转换到CMYK模式，也就是所谓的图像格式转换。用灰色分量替代法来完成，具体描述如下：

K＝min(C，M，Y)

C＝C-K

M＝M-K

Y＝Y-K

其中min()表示求各分量最小值。

目前多数喷墨头仍采用二值打印技术，它输出到纸上的状态只有打点或不打点两种，因此在单独的一个点上无法表现原始图像丰富的灰度信息。打印系统根据人眼的分辨率有限这一特点，以小范围内着色点的多少来反映原始图像的灰度信息。这就是所谓的数字半调处理技术。本发明采用Floyd-Steinberg算法进行图像的半调处理。如图4所示，Floyd-Steinberg算法原理：该算法从图像的左上角进行计算，由左向右，由上至下。假设原始图像灰度级别的范围从b(black)到w(white)，中间值t为(b+w)/2，对应100级灰度，b＝0，w＝100，t＝50。设原图中象素的灰度为g，误差值为e，则新图中对应象素的值用如下的方法得到：

如果g＞t，则该点像素为w，e＝g-w；

如果g＜t，则该点像素为b，e＝g-t；

Floyd-Steinberg算子表示如下：

$\frac{1}{16}\left[\begin{array}{ccc}-& \#& 7\\ 3& 5& 1\end{array}\right]$

其中，“-”表示已经处理过的点，“#”表示当前处理的点。

最后，要将待着色的彩色图像的颜色信息与各个点的高度信息叠加，其中高度信息用来控制喷墨头的运动轨迹。

在步骤s102中，浮雕加工过程与传统的浮雕加工类似。具体做法是，首先采用较大的刀具做轮廓加工，再依次减小刀具尺寸，通过在加工过程中插补更高精度的点，表达更丰富的曲面特征。

在步骤s103中，浮雕涂布工艺是指将步骤s102中加工好的浮雕进行表面涂层处理。分为两个步骤：浮雕表面光滑处理、上色涂层制作。其目的是为了使浮雕具有合适的吸墨和固 色能力，能够真实地把颜色数据反映出来。合理地选择涂层中的颜料、粘合剂和添加剂等的比例和配方，可以很大程度上弥补浮雕基材显色能力的不足，大大改善墨滴的吸收能力和干燥速度，提高分辨率、打印速度、真圆度和保存性能等。

在步骤s104中，浮雕自动着色是在浮雕的基础上，通过加工机床控制喷墨设备，使喷墨头紧贴浮雕表面运动，并通过位置控制系统实时地触发喷墨头的喷墨动作，在准确的位置精确地着色。着色的主体是一个两自由度机床，分为X、Y两个自由度。在龙门机床的Z轴方向上安装有一个称之为“喷头运动装置”的设备，这个设备有四个独立的运动轴，每个轴的下面都安装了一种颜色的喷头，这四个轴在X方向上成一直线并等距分布，加上龙门结构的X、Y轴，浮雕自动上色共有六个独立的运动轴，如图3所示。

浮雕自动上色需要处理和分析的数据有两种：浮雕的高度数据以及浮雕表面彩色图像数据。

浮雕自动上色与二维平面彩打最大的区别就在于它的着色对象是浮雕，而喷墨头的有效喷墨距离在1mm以内，要求上色系统能够控制喷墨头实时地紧贴浮雕表面运动，一般的平面打印系统不能达到在Z轴的控制要求，在设计中采用龙门机床作为喷墨控制系统的运动控制机构。执行自动着色的步骤如下：

(1)根据浮雕模型的高度数据的高度值和各点的坡度值进行浮雕涂布工艺。

(2)根据浮雕模型的高度数据分析浮雕模型的大致偏向角，并以此确定喷墨头的喷墨方向。

(3)图像信息以步骤s103中的确定的喷墨方向为插值角度，对图像进行插值变换。

(4)针对插值后的图像数据，进行CMYK颜色空间的分色。

(5)对分色数据进行半调处理。

(6)龙门机床通过标定四色喷墨头在浮雕模型中的位置，根据高度数据生成浮雕着色过程的机床运动轨迹。机床夹持喷墨头沿着浮雕模型运动，实时地将位置信息发送给喷墨控制系统，触发喷墨控制系统中断，执行喷墨动作。

(7)四色喷头紧贴浮雕模型完成所有喷墨动作，即实现浮雕的自动着色。

Claims (5)

1.一种彩色浮雕的自动加工方法，其步骤包括：

第一步，图像预处理，

第二步，浮雕加工，

第三步，根据浮雕模型的高度数据的高度值和各点的坡度值进行浮雕涂布工艺，

第四步，浮雕自动上色。

2.根据权利要求1所述的一种彩色浮雕的自动加工方法，其特征是：所述图像预处理，其步骤包括：

a、把图片色彩从RGB模式转换到CMYK模式，用灰色分量替代法来完成，

b、采用Floyd-Steinberg算法进行图像的半调处理，

c、为了使得喷墨头图像格式变换把二维彩色图像，将待着色的彩色图像的颜色信息与各个点的高度信息叠加，其中高度信息用来控制喷墨头的运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的一种彩色浮雕的自动加工方法，其特征是：所述浮雕加工采用较大的刀具做轮廓加工，再依次减小刀具尺寸，通过在加工过程中插补更高精度的点，表达更丰富的曲面特征。

4.根据权利要求1所述的一种彩色浮雕的自动加工方法，其特征是：所述根据浮雕模型的高度数据的高度值和各点的坡度值进行浮雕涂布工艺，其步骤包括：

a、为了使使浮雕具有合适的吸墨和固色能力，对浮雕表面进行光滑处理，

b、合理地选择涂层中的颜料、粘合剂和添加剂等的比例和配方，对浮雕表面进行上色涂层制作。

5.根据权利要求1所述的一种彩色浮雕的自动加工方法，其特征是：采用龙门机床作为喷墨控制系统的运动控制机构，浮雕自动上色包含以下步骤：

a、根据浮雕模型的高度数据分析浮雕模型的大致偏向角，并以此确定喷墨头的喷墨方向，

b、图像信息以喷墨方向为插值角度，对图像进行插值变换，

c、针对插值后的图像数据，进行CMYK颜色空间的分色，

d、对分色数据进行半调处理，

e、龙门机床通过标定四色喷墨头在浮雕模型中的位置，根据高度数据生成浮雕着色 过程的机床运动轨迹；机床夹持喷墨头沿着浮雕模型运动，实时地将位置信息发送给喷墨控制系统，触发喷墨控制系统中断，执行喷墨动作，

f、四色喷头紧贴浮雕模型完成所有喷墨动作，即实现浮雕的自动着色。 

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