CN104959891A - 一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，包括：获取经粗抛处理后的木雕图像；将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。本发明还公开了基于图像处理与力反馈的木雕精修装置。本发明可实现由机械完成高精度、高效率的木雕精修。

Description

一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法及装置
技术领域
本发明涉及古典家具加工领域，特别是涉及一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法及装置。
背景技术
众所周知，在古典家具上经常会有许多精美的木雕图案，木雕图案都是通过雕花机雕刻而成的，木雕图案在雕刻后会存在毛刺或飞边，因此，需要对木雕图案进行抛光处理。在现有技术中，抛光处理主要分为粗抛处理与精修处理两大工序，粗抛处理主要是使用一些平板抛光设备进行木雕表面大面积的抛光，粗抛处理主要是去除木雕表面较平整部的毛刺或飞边，在粗抛处理时，很多沟坎里的毛刺与飞边仍然是无法被抛除，而精修处理则是由人工进行，主要是通过一些手持抛光设备或砂纸对沟坎内的粗糙部进行抛光。在精修处理过程中，由于毛刺、飞边等粗糙部基本上是分布于木雕沟坎内，因此不易被发现，单纯依靠肉眼去发现劳动强度大并容易疏漏，并且，沟坎处的木雕图案比较精细，因此精修时如果力道控制不好就会造成过切或少切等现象，上述两种都可能会对产品造成瑕疵，因此，需要一种能够解决上述问题的木雕精修方法及装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，用于提高木雕精修的工作效率和精修质量。
本发明是这样实现的：
第一方面，提供一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，包括：
获取经粗抛处理后的木雕图像；
将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；
按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。
本发明的有益效果为：本发明通过木雕图像与标准图像进行对比，来寻找木雕表面毛刺存在的位置，从而不再依靠人工肉眼去寻找毛刺，使木雕机械精修成为可能，并且，相对于肉眼寻找毛刺，通过图像对比技术大大提高了木雕领域中毛刺寻找的效率，同时，以恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，可以有效防止木雕精修过程中过切或少切现象生产，提高了木雕机械精修的质量。
结合第一方面，在第二方面中，所述“将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置”包括步骤：
预先建立标准图像数据库，所述标准图像数据库中包含多种木雕图案的标准图像；
将所述经粗抛处理后的木雕图像按不同的木雕图案分解成不同子图像；
分别将所述子图像与对应的木雕图案的标准图像进行比对，判断所述各子图像中是否存在毛刺，以及记录存在毛刺的子图像在木雕图像中的坐标位置。
可见，在第二方面中，通过建立标准图像数据库，以及将木雕图像分解成不同的子图像分别与对应的标准图像进行比较，一方面大大提高了图像对比的精细度，可以发现隐藏于木雕沟坎深处的毛刺，另一方面也大大降低了图像对比的计算量，提高了对比效率。
结合第二方面，在一可能的实施方式中，所述判断子图像是否存在毛刺的方法为：比较子图像的光亮度与对应的木雕图案的标准图像的光亮度的差异值是否超过预设的阈值，若是，则判定存在毛刺，若否，则判定不存在毛刺。
因毛刺会大大降低木雕表面的光亮度，通过图像的光亮度对比能够最直观、有效的判断出木雕表面是否存在毛刺。
结合第二方面，在一可能的实施方式中，所述“按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光”包括步骤：
预先建立各木雕图案的标准坐标的数据库，所述标准坐标系指经精修处理过的标准木雕图案的三维坐标数据；
获取毛刺所在区域的木雕图像所对应的子图像；
获取所述子图像的坐标位置以及所述子图像所对应的标准坐标数据；
控制旋转磨头按所述标准坐标数据进行精修抛光，并在精修抛光过程中实时获取旋转磨头作用于木雕表面的抛光压力，以及根据所述抛光压力对旋转磨头进行微调，使旋转磨头的抛光压力恒定。
通过建立标准坐标数据库可以大大提高旋转磨头的控制精度，也更便于控制抛光压力，按标准坐标数据控制旋转磨头进行二次精抛光一方面可将毛刺抛除，另一方面，可以避免现有技术中单点精抛中存在的过切问题，二次精抛同时也大大提高了毛刺附近的木雕表面的光泽度，提高木雕表面的整体质感，通过实时获取抛光压力，并及时进行微调，可大大提高精修响应速率，防止精修过程中对木雕表面的过度切削。
结合第二方面，在一可能实施方式中，旋转磨头设置于关节式机械手臂的末端，所述旋转磨头由连接轴、固定板、弹性垫层和锥形磨砂头组成；
所述连接轴的一端连接于机械手臂末端的旋转电机，所述固定板设置于连接轴的另一端，弹性垫层和锥形磨砂头依次层叠设置于固定板表面。
采用关节式机械手臂来控制旋转磨头，便于对不同形状的图案、沟坎进行精修抛光，同时，在旋转磨头的锥形磨砂头与固定板之间设置弹性垫层，可以缓冲磨头与木雕表面接触瞬间的抛光压力，从而防止瞬间抛光压力过大造成的局部过切现象，提高木雕表面整体精修光滑度。
在一可能的实施方式中，所述弹性垫层为硅胶层。
为解决上述技术问题，本发明提供的另一实现方式为：
第一方面，提供一种基于图像处理与力反馈的木雕精修装置，包括图像获取单元、对比单元和抛光单元；
所述图像获取单元用于获取经粗抛处理后的木雕图像；
所述对比单元用于将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；
所述抛光单元用于按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。
结合第一方面，在第二方面中，所述对比单元包括预设子单元、图案分解子单元和判断子单元；
所述预设子单元用于预先建立标准图像数据库，所述标准图像数据库中包含多种木雕图案的标准图像；
所述图案分解子单元用于将所述经粗抛处理后的木雕图像按不同的木雕图案分解成不同子图像；
所述判断子单元用于分别将所述子图像与对应的木雕图案的标准图像进行比对，判断所述各子图像中是否存在毛刺，以及记录存在毛刺的子图像在木雕图像中的坐标位置。
结合第二方面，在一可能的实施方式中，所述抛光单元包括预设子单元、获取子单元、磨头控制子单元；
所述预设子单元用于预先建立各木雕图案的标准坐标的数据库，所述标准坐标系指经精修处理过的标准木雕图案的三维坐标数据；
所述获取子单元用于获取毛刺所在区域的木雕图像所对应的子图像，以及
获取所述子图像的坐标位置以及所述子图像所对应的标准坐标数据；
所述磨头控制子单元用于控制旋转磨头按所述标准坐标数据进行精修抛光，并在精修抛光过程中实时获取旋转磨头作用于木雕表面的抛光压力，以及根据所述抛光压力对旋转磨头进行微调，使旋转磨头的抛光压力恒定。
结合第二方面，在一可能的实施方式中，所述判断子单元通过比较子图像的光亮度与对应的木雕图案的标准图像的光亮度的差异值是否超过预设的阈值判断是否存在毛刺，若是，则判定存在毛刺，若否，则判定不存在毛刺。
附图说明
图1为本发明一实施方式基于图像处理与力反馈的木雕精修方法的流程图；
图2为本发明一实施方式中子图像与标准图像对比，获取毛刺的方法流程图；
图3为本发明一实施方式中磨头进行精修抛光的方法流程图；
图4为本发明一实施方式中对木雕图像分解成不同子图像的示意图；
图5为本发明一实施方式中旋转磨头的结构示意图；
图6为本发明一实施方式中基于图像处理与力反馈的木雕精修装置的模块图像。
标号说明：
10、图像获取单元；  20、对比单元；  30、抛光单元；  41、连接轴；  42、固定板；  43、弹性垫层；  44、锥形磨砂头。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明提供的一实施方式：一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，包括：
S1、获取经粗抛处理后的木雕图像；
S2、将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；
S3、按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。
其中，木雕图像是通过高清摄像机拍摄的，所述旋转磨头是设置于机械手臂末端，由机械手臂来控制旋转磨头对木雕的不同位置进行精修，优选的，使用关节式机械手臂来控制旋转磨头进行精修。
所述机械手臂为市场常规的六自由度关节机器人，在机器人末端进行改造，安装有磨头驱动机构和磨头即可实现，精修时具体的空间位置定位则是采取双摄像头比对定位方式实现。
本发明通过木雕图像与标准图像进行对比，来寻找木雕表面毛刺存在的位置，从而不再依靠人工肉眼去寻找毛刺，使木雕机械精修成为可能，并且，相对于肉眼寻找毛刺，通过图像对比技术大大提高了木雕领域中毛刺寻找的效率，同时，以恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，可以有效防止木雕精修过程中过切或少切现象生产，提高了木雕机械精修的质量。
请参阅图2，在一实施方式中，将所述木雕图像分成多个子图像进行对比，即步骤S2中所述“将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置”包括步骤：
S201、预先建立标准图像数据库，所述标准图像数据库中包含多种木雕图案的标准图像；
S202、将所述经粗抛处理后的木雕图像按不同的木雕图案分解成不同子图像；
S203、分别将所述子图像与对应的木雕图案的标准图像进行比对，判断所述各子图像中是否存在毛刺，以及记录存在毛刺的子图像在木雕图像中的坐标位置。
所述木雕图案即指在木雕中的一些基本图形，如人物、山水、花鸟、阁楼，而大多数的家具中的木雕都可以由这些木雕图案组合而成。
请参阅图4为，一古典家具中木雕图案的分解示意图，其中，将木雕图案分成山、树和房屋三个子图像。
可见，通过建立标准图像数据库，以及将木雕图像分解成不同的子图像分别与对应的标准图像进行比较，一方面大大提高了图像对比的精细度，可以发现隐藏于木雕沟坎深处的毛刺，另一方面也大大降低了图像对比的计算量，提高了对比效率。
在进行子图像与标准图像比对前还包括步骤：在标准图像数据库中匹配子图像所对应的标准图像，该步骤包括以下子步骤：
首先对于获取图像进行锐化、二值化、平滑等处理，使子图像的木雕造型与背景部分分离开来；
然后利用造型的垂直积分投影和水平积分投影法进行图像定位；
再采用PCA主元分析法等识别算法进行木雕造型的图像特征提取；
最后根据图像特征从标准图像数据库中获取与子图像对应的标准图像。
在获取到对应的标准图像后，判断所述各子图像中是否存在毛刺包括具体步骤：
判断子图像与标准图像的灰度值差异是否超过阈值；
若是超出阈值，则表明当前位置需要进行磨削处理，而它的磨削目标位置为标准图像所对应的空间位置，而磨削的初始位置则是当前测量图像的控制位置。而对于图像的三维数据建立则是基于灰度图原理，根据实物的大小设定出来最高突出高度，而后根据灰度转化为具体对应的高度；如一个32*32的图像，它含有1024个点，假设对应的是一个花，在某一个花瓣地方96个点与标准图像不一致，且灰度数据超出阈值如10，则表示这个部分的造型是有毛刺需要进行打磨。
当然，在其他实施方式中，如果木雕图案较简单也可以不将木雕进行分解比对。
在一实施方式中，判断子图像是否存在毛刺的方法为：比较子图像的光亮度与对应的木雕图案的标准图像的光亮度的差异值是否超过预设的阈值，若是，则判定存在毛刺，若否，则判定不存在毛刺。
因毛刺会大大降低木雕表面的光亮度，通过图像的光亮度对比能够最直观、有效的判断出木雕表面是否存在毛刺。
请参阅图3，在一实施方式中，所述“按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光”包括步骤：
S301、预先建立各木雕图案的标准坐标的数据库，所述标准坐标系指经精修处理过的标准木雕图案的三维坐标数据；
S302、获取毛刺所在区域的木雕图像所对应的子图像；
S303、获取所述子图像的坐标位置以及所述子图像所对应的标准坐标数据；
S304、控制旋转磨头按所述标准坐标数据进行精修抛光，并在精修抛光过程中实时获取旋转磨头作用于木雕表面的抛光压力，以及根据所述抛光压力对旋转磨头进行微调，使旋转磨头的抛光压力恒定。
所述抛光压力可以通过以下几种方式获取：
一个是直接在磨头末尾段安装有力传感器，可以根据它的反馈知道当前的实时力大小；
二个是可以通过检测驱动磨头施压电机的电流负载来获得压力大小，由于功率P与电流I与电压U的乘积，当电压一定时，仅与电流成正比，基于此选择主电机电流I代替切削力作为特征信号。
由机床功率约束：Fcv/(6×104×η)≤Pmax可知，当速度一定，力的大小正比于功率，故此可以根据电流来换算出力的大小。而对于机床的压力调整则可以采取模糊控制方式，以力的大小变化为输入而改变驱动磨头的上下移动来达到保持压力恒定。
通过建立标准坐标数据库可以大大提高旋转磨头的控制精度，也更便于控制抛光压力，按标准坐标数据控制旋转磨头进行二次精抛光一方面可将毛刺抛除，另一方面，可以避免现有技术中单点精抛中存在的过切问题，二次精抛同时也大大提高了毛刺附近的木雕表面的光泽度，提高木雕表面的整体质感，通过实时获取抛光压力，并及时进行微调，可大大提高精修响应速率，防止精修过程中对木雕表面的过度切削。
请参阅图5，在一可能实施方式中，所述旋转磨头由连接轴41、固定板42、弹性垫层43和锥形磨砂头44组成；
所述连接轴41的一端连接于机械手臂末端的旋转电机，所述固定板42设置于连接轴41的另一端，弹性垫层43和锥形磨砂头44依次层叠设置于固定板42表面。其中，所述弹性垫层43是由弹性材料制成的垫层，如弹性海绵、橡胶等，在一优选实施方式中，所述弹性垫层为硅胶层。
采用关节式机械手臂来控制旋转磨头，便于对不同形状的图案、沟坎进行精修抛光，同时，在旋转磨头的锥形磨砂头与固定板之间设置弹性垫层，可以缓冲磨头与木雕表面接触瞬间的抛光压力，从而防止瞬间抛光压力过大造成的局部过切现象，提高木雕表面整体精修光滑度。
请参阅图6，为解决上述技术问题，本发明提供的另一实现方式为：
第一方面，提供一种基于图像处理与力反馈的木雕精修装置，包括图像获取单元10、对比单元20和抛光单元30；
所述图像获取单元10用于获取经粗抛处理后的木雕图像；
所述对比单元20用于将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；
所述抛光单元30用于按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。
优选的，所述对比单元包括预设子单元、图案分解子单元和判断子单元；
所述预设子单元用于预先建立标准图像数据库，所述标准图像数据库中包含多种木雕图案的标准图像；
所述图案分解子单元用于将所述经粗抛处理后的木雕图像按不同的木雕图案分解成不同子图像；
所述判断子单元用于分别将所述子图像与对应的木雕图案的标准图像进行比对，判断所述各子图像中是否存在毛刺，以及记录存在毛刺的子图像在木雕图像中的坐标位置。
优选的，在一可能的实施方式中，所述抛光单元包括预设子单元、获取子单元、磨头控制子单元；
所述预设子单元用于预先建立各木雕图案的标准坐标的数据库，所述标准坐标系指经精修处理过的标准木雕图案的三维坐标数据；
所述获取子单元用于获取毛刺所在区域的木雕图像所对应的子图像，以及
获取所述子图像的坐标位置以及所述子图像所对应的标准坐标数据；
所述磨头控制子单元用于控制旋转磨头按所述标准坐标数据进行精修抛光，并在精修抛光过程中实时获取旋转磨头作用于木雕表面的抛光压力，以及根据所述抛光压力对旋转磨头进行微调，使旋转磨头的抛光压力恒定。
优选的，在一可能的实施方式中，所述判断子单元通过比较子图像的光亮度与对应的木雕图案的标准图像的光亮度的差异值是否超过预设的阈值判断是否存在毛刺，若是，则判定存在毛刺，若否，则判定不存在毛刺。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，其特征在于，包括：
获取经粗抛处理后的木雕图像；
将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；
按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，其特征在于，所述“将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置”包括步骤：
预先建立标准图像数据库，所述标准图像数据库中包含多种木雕图案的标准图像；
将所述经粗抛处理后的木雕图像按不同的木雕图案分解成不同子图像；
分别将所述子图像与对应的木雕图案的标准图像进行比对，判断所述各子图像中是否存在毛刺，以及记录存在毛刺的子图像在木雕图像中的坐标位置。
3.根据权利要求2所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，其特征在于，判断子图像是否存在毛刺的方法为：比较子图像的光亮度与对应的木雕图案的标准图像的光亮度的差异值是否超过预设的阈值，若是，则判定存在毛刺，若否，则判定不存在毛刺。
4.根据权利要求2所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，其特征在于，所述“按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光”包括步骤：
预先建立各木雕图案的标准坐标的数据库，所述标准坐标系指经精修处理过的标准木雕图案的三维坐标数据；
获取毛刺所在区域的木雕图像所对应的子图像；
获取所述子图像的坐标位置以及所述子图像所对应的标准坐标数据；
控制旋转磨头按所述标准坐标数据进行精修抛光，并在精修抛光过程中实时获取旋转磨头作用于木雕表面的抛光压力，以及根据所述抛光压力对旋转磨头进行微调，使旋转磨头的抛光压力恒定。
5.根据权利要求1所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，其特征在于，旋转磨头设置于关节式机械手臂的末端，所述旋转磨头由连接轴、固定板、弹性垫层和锥形磨砂头组成；
所述连接轴的一端连接于机械手臂末端的旋转电机，所述固定板设置于连接轴的另一端，弹性垫层和锥形磨砂头依次层叠设置于固定板表面。
6.根据权利要求5所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修方法，其特征在于，所述弹性垫层为硅胶层。
7.一种基于图像处理与力反馈的木雕精修装置，其特征在于，包括图像获取单元、对比单元和抛光单元；
所述图像获取单元用于获取经粗抛处理后的木雕图像；
所述对比单元用于将所述木雕图像与标准图像进行比对，获取木雕上毛刺存在的位置，所述标准图像系指经精修处理过的标准木雕的图像；
所述抛光单元用于按照毛刺所在区域木雕的标准图案，控制旋转磨头以预设的恒定的压力对毛刺所在区域进行精修抛光，所述标准图案系指经精修处理过的标准木雕的外形轮廓。
8.根据权利要求7所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修装置，其特征在于，所述对比单元包括预设子单元、图案分解子单元和判断子单元；
所述预设子单元用于预先建立标准图像数据库，所述标准图像数据库中包含多种木雕图案的标准图像；
所述图案分解子单元用于将所述经粗抛处理后的木雕图像按不同的木雕图案分解成不同子图像；
所述判断子单元用于分别将所述子图像与对应的木雕图案的标准图像进行比对，判断所述各子图像中是否存在毛刺，以及记录存在毛刺的子图像在木雕图像中的坐标位置。
9.根据权利要求8所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修装置，其特征在于，所述抛光单元包括预设子单元、获取子单元、磨头控制子单元；
所述预设子单元用于预先建立各木雕图案的标准坐标的数据库，所述标准坐标系指经精修处理过的标准木雕图案的三维坐标数据；
所述获取子单元用于获取毛刺所在区域的木雕图像所对应的子图像，以及
获取所述子图像的坐标位置以及所述子图像所对应的标准坐标数据；
所述磨头控制子单元用于控制旋转磨头按所述标准坐标数据进行精修抛光，并在精修抛光过程中实时获取旋转磨头作用于木雕表面的抛光压力，以及根据所述抛光压力对旋转磨头进行微调，使旋转磨头的抛光压力恒定。
10.根据权利要求8所述的基于图像处理与力反馈的木雕精修装置，其特征在于，所述判断子单元通过比较子图像的光亮度与对应的木雕图案的标准图像的光亮度的差异值是否超过预设的阈值判断是否存在毛刺，若是，则判定存在毛刺，若否，则判定不存在毛刺。
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