CN112132948A - 图像处理方法、装置、光刻系统、存储介质和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种图像处理方法,该方法的具体步骤包括:S1:建成灰度模型图;S2:计算灰度模型图X方向的扫描线的集合;S3:计算X轴扫描线集合中每一条扫描线与灰度模型图的所有交点的坐标,并分组;S4:计算扫描线集合中相应区间的每一条扫描线的每一组交点内的所有像素点的物理高度;S5:转换各区间所有像素点的灰度值得到灰度位图。本发明还公开一种图像处理装置,设有上述图像处理方法;本发明还公开本发明还公开一种光刻系统,包括执行上述图像处理方法;本发明还公开一种计算机可读存储介质,包括储存上述图像处理方法。通过计算图像中每个像素点的灰度值,可以实现任一幅面具有立体浮雕效果的结构的图像处理。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域,特别是涉及一种图像处理方法、装置、光刻系统、存储介质和计算机设备。
背景技术
具有连续面形结构的器件主要包括在菲涅尔透镜、微棱镜等光学元件和由微结构形成的铂金浮雕效果的产品应用等。其中菲涅透镜、微棱镜等主要用于激光加工、激光医疗、激光测距、激光通信等系统,是光束匀化、光束准直、光束耦合、光束波前变换等模块的核心元件,在工业、消费光电市场、民用设备及国防装备上发挥着重要的作用;由微结构形成的铂金浮雕效果具有360度的立体浮雕视觉感,可用于产品包装装饰,防伪等领域。
传统的连续面形结构制备方法主要包括热融法、灰度掩膜法、移动掩模法等;热融法主要采用软化后抗蚀剂的表面张力成形微透镜,因此该方法只能制作微透镜,并且微透镜的面形还很难得到控制,采用热熔法制作的微光学元件面形不可控、占空最大只能做到78%;灰度掩膜技术是目前用于连续面形成形的主要技术之一,然而该技术需要采用电子束直写光刻掩膜板,因此不仅掩模价格非常昂贵,工艺过程复杂,而且受数据量的限制,难以实现高精度、大面积连续面形微光学元件的制作;移动掩模法不仅需要采用激光直写制作掩模图形,而且制作的微光学元件数值孔径受限,100um以下和1mm以上单元尺寸连续面形的微光学元件都难以实现。
另一种有望用于微光学元件制作的技术为金刚石超精密车削技术,基于单点金刚石车床纳米量级的定位精度和金刚石刀具优越的切削性能,可实现10nm以下表面粗糙度、100nm以下面形误差的光学元件加工,特别适合连续面形镜面元件的制作。但受到微光学元件尺寸小、被加工材质硬度高而且脆、对刀具磨损严重等条件的限制,石英连续面形微光学元件无法直接采用金刚石车削的方法制备。
随着计算机技术的发展,越来越多的用户选择通过图像来传递信息,而且图像中承载的内容也越来越丰富多样。同时,随着雕刻设备及雕刻技术的发展,通过激光微雕机实现激光雕刻图像,更加能够实现图片的雕刻效果。激光雕刻图像通常通过电脑或者移动存储设备输出图片,在主控芯片的控制下,雕刻机构按照输送的图片进行雕刻。因此,所输送的图片的效果直接决定了最终雕刻出来产品的浮雕效果及可以雕刻的产品范围。
现有技术中,图像处理软件生成的素描图像用于微雕刻机上雕刻的图片存在轮廓不清晰、主次感和层次感较差的缺陷,尤其是单元尺寸较大的具有连续面形结构的图像,存在斜坡取向不连续及斜坡不平滑、精度较差的缺陷。
前面的叙述在于提供一般的背景信息,并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像处理方法,满足任一幅面具有立体浮雕效果的连续面形结构的图像处理。
本发明提供一种图像处理方法,用于使用直写光刻设备在基材上形成具有立体浮雕效果的连续面形结构,该方法的具体步骤包括:
S1:提供一三维模型,并将其建成灰度模型图;
S2:按照所述直写光刻设备的分辨率计算所述灰度模型图X方向的扫描线的集合;
S3:计算所述X轴扫描线集合中每一条扫描线与所述灰度模型图的所有交点的坐标,按照所述交点坐标的大小且相邻两交点之间位于所述灰度模型图内的方式分组;
S4:计算所述扫描线集合中每一条扫描线的每一组所述交点内的所有像素点的物理高度;
S5:将灰度模型图的总物理高度等分为若干个高度H相等的区间,每个区间内的物理高度对应0~255的灰度值,根据所述像素点物理高度,对应其所在的区间并转换为相应的灰度值,计算所有像素点物理高度对应的灰度值得到灰度位图。
在其中一实施例中,在步骤S1中,三维模型通过3D设计软件建立,或用绘图软件将平面灰度图根据景深信息建立。
在其中一实施例中,在步骤S2中,还包括将所述灰度模型图投影在一平面上,所述扫描线集合的计算方法为:X方向扫描线的集合的方程:X=n*所述分辨率,其中,n为从0到所述宽度减1的正整数。
在其中一实施例中,在步骤S3中,所述交点的坐标计算方法为:根据所述X轴扫描线集合中所述交点X轴坐标计算Y轴坐标集合,获得所述交点的坐标;
将每条扫描线上的所有交点按照坐标的大小进行升序排序,命名为第1个交点、第2个交点、第3个交点、第4个交点至第m个交点;并两两分组,其中第1个交点和第2个交点为一组,第3个交点和第4个交点为一组,依次类推。
在其中一实施例中,在步骤S4中:先计算所述线条集合中所有线条的每组所述交点之间的像素点数量,所述交点之间的像素点数量的计算方式为:同组中两个所述交点之间的差值除以所述分辨率;在计算完所述像素点数量后,还包括计算组内两个交点的二维像素坐标,并获得两个交点之间的所有像素点的二维像素坐标,将所有像素点的二维像素坐标根据设备分辨率转换成二维物理坐标,然后通过三维模型的曲面或平面方程,计算得出在该二维物理坐标上的所述物理高度。
在其中一实施例中,在步骤S5中,每个区间内的最低位置对应灰度值0,每个区间内的最高位置对应为255,根据所述像素点的所述物理高度,对应其所在区间,按照线性对应或对数对应关系,得到像素点的所述灰度值。
本发明还提供一种图像处理装置,包括:
图像处理模块,用于建立三维模型图及处理所述三维模型图的图像信息,获得灰度模型图;
投影模块,将所述灰度模型图的信息投影到相应的基础平面上;
集合计算模块,用于计算所述灰度模型图X轴坐标的线条集合以及所述线条集合中每一线条与所述灰度模型图相交的交点的Y轴坐标集合;
灰度计算模块,用于计算所述Y轴坐标集合中每个像素点的灰度值;
转换模块,用于所述像素点的灰度值转换为相应的物理高度获得灰度位图。
本发明还提供一种光刻系统,其特征在于,包括如权利要求7所述的图像处理装置及直写光刻设备,所述直写光刻设备按照所述图像处理装置处理的图像信息在基材上进行光刻,获得具有立体浮雕效果的连续面形结构
本发明还提供一种计算机可读存储介质,包括存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行上述方法的步骤。
本发明还提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行上述方法的步骤。
本发明提供的图像处理方法,通过将灰度模型图转换为每个像素点的灰度值,获得灰度取向连续、斜坡取向连续不中断及斜坡平滑连续的灰度位图,实现对任一幅面具有立体浮雕效果的连续面形结构进行高精度的图形处理。
附图说明
图1为本发明实施例图像处理方法的步骤示意图;
图2为本发明实施例三维模型的灰度模型图;
图3为本发明实施例灰度模型图投影后形成的锯齿图形;
图4为本发明实施例图像处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
请参图1至图3,本发明提供的图像处理方法,用于使用直写光刻设备在基材上形成具有立体浮雕效果的连续面形结构,该方法的具体步骤包括:
S1:提供一三维模型,并将其建成灰度模型图;
S2:按照所述直写光刻设备的分辨率计算所述灰度模型图X方向的扫描线的集合;
S3:计算所述X轴扫描线集合中每一条扫描线与所述灰度模型图的所有交点的坐标,按照所述交点坐标的大小且相邻两交点之间位于所述灰度模型图内的方式分组;
S4:计算所述扫描线集合中每一条扫描线的每一组所述交点内的所有像素点的物理高度;
S5:将灰度模型图的总物理高度等分为若干个高度H相等的区间,每个区间内的物理高度对应0~255的灰度值,根据所述像素点物理高度,对应其所在的区间并转换为相应的灰度值,计算所有像素点物理高度对应的灰度值得到灰度位图。
在步骤S1中,图像处理模块安装有图像处理软件和数据处理软件,采用所述图像处理软件建立3D模型图,并利用所述数据处理将3D模型图转换为灰度模型图。具体地,灰度模型图先通过3D设计软件建立模型。
在其它实施例中,采用绘图软件将平面灰度图根据景深信息建立模型。
在步骤S2中,还包括将所述灰度模型图投影的一平面上,形成锯齿图形。线条集合的方程可以表示为:X=n*所述分辨率,其中,n为从0到所述宽度减1的正整数。
在步骤S3中,交点的坐标计算方法为:根据X轴扫描线集合中交点X轴坐标计算Y轴坐标集合,当法向量为零或为负就不作考虑,获得交点的坐标;
将每条扫描线上的所有交点按照坐标的大小进行升序排序,命名为第1个交点、第2个交点、第3个交点、第4个交点至第m个交点;并两两分组,其中第1个交点和第2个交点为一组,第3个交点和第4个交点为一组,依次类推。其中,按照坐标的大小进行升序排序为X轴坐标或Y轴坐标的大小。
在步骤S4中:先计算线条集合中所有线条的每组交点之间的像素点数量;交点之间的像素点数量的计算方式为:同组中两个交点之间的差值除以所述分辨率。
在计算完所述像素点数量后,还包括计算组内两个交点的二维像素坐标,并获得两个交点之间的所有像素点的二维像素坐标。将所有像素点的二维像素坐标根据设备分辨率转换成二维物理坐标,然后通过三维模型的曲面或平面方程,计算得出在该二维物理坐标上的物理高度。
在步骤S5中,将灰度模型图的总物理高度等分为若干个高度H相等的区间,每个区间内的物理高度对应0~255的灰度值,根据所述像素点物理高度,对应其所在的区间并转换为相应的灰度值,计算所有像素点物理高度对应的灰度值得到灰度位图。
具体地,每个区间内的最低位置对应灰度值0,每个区间内的最高位置对应为255,根据所述像素点的所述物理高度,对应其所在区间,按照线性对应或对数对应关系,得到像素点的灰度值。将所有像素灰度转换为相应的物理高度,再按照不同的区间增加相应的高度H,获得灰度位图。
请参考图3和图4,本发明实施例还提供一种图像处理装置,包括:
图像处理模块1,用于建立三维模型图及处理所述三维模型图的图像信息,获得灰度模型图。
集合计算模块3,用于计算所述灰度模型图X轴坐标的线条集合以及所述线条集合中每一线条与所述灰度模型图相交的交点的Y轴坐标集合。
坐标计算模块4,用于计算所述Y轴坐标集合中每个像素点的坐标值。
分割模块5,用于所述灰度模型图分割成若干高度H相等的区间。
转换模块6,用于所述像素点的灰度值与相应的物理高度进行转换,获得灰度位图。
图像处理装置还设有投影模块2,用于将灰度模型图的信息投影到相应的基础平面上,形成锯齿图形。
本发明实施例还提供一种连续面形结构的制作方法,本发明提供还一种光刻系统,包括上述图像处理装置及直写光刻设备,直写光刻设备按照图像处理装置处理的图像信息在基材上进行光刻,获得具有立体浮雕效果的连续面形结构。
具体地,直写光刻设备按照图像处理装置提供的灰度位图轨迹在基材上进行光刻。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,包括存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行上述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行上述方法的步骤
本发明提供的图像处理方法,将灰度模型图转换每个像素点的灰度值,获得灰度取向连续、斜坡取向连续不中断及斜坡平滑连续的灰度位图,从而实现对任一幅面具有立体浮雕效果的连续面形结构进行高精度的图形处理。
在本文中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语的具体含义。
在本文中,除非另有说明,“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,除了包含所列的那些要素,而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种图像处理方法,用于使用直写光刻设备在基材上形成具有立体浮雕效果的连续面形结构,其特征在于,该方法的具体步骤包括:
S1:提供一三维模型,并将其建成灰度模型图;
S2:按照所述直写光刻设备的分辨率计算所述灰度模型图X方向的扫描线的集合;
S3:计算所述X轴扫描线集合中每一条扫描线与所述灰度模型图的所有交点的坐标,按照所述交点坐标的大小且相邻两交点之间位于所述灰度模型图内的方式分组;
S4:计算所述扫描线集合中每一条扫描线的每一组所述交点内的所有像素点的物理高度;
S5:将灰度模型图的总物理高度等分为若干个高度H相等的区间,每个区间内的物理高度对应0~255的灰度值,根据所述像素点物理高度,对应其所在的区间并转换为相应的灰度值,计算所有像素点物理高度对应的灰度值得到灰度位图。
2.如权利要求1所述的图像处理方法,其特征在于,在步骤S1中,三维模型通过3D设计软件建立,或用绘图软件将平面灰度图根据景深信息建立。
3.如权利要求1所述的图像处理方法,其特征在于,在步骤S2中,还包括将所述灰度模型图投影在一平面上,所述扫描线集合的计算方法为:X方向扫描线的集合的方程:X=n*所述分辨率,其中,n为从0到所述宽度减1的正整数。
4.如权利要求1所述的图像处理方法,其特征在于,在步骤S3中,所述交点的坐标计算方法为:根据所述X轴扫描线集合中所述交点X轴坐标计算Y轴坐标集合,获得所述交点的坐标;
将每条扫描线上的所有交点按照坐标的大小进行升序排序,命名为第1个交点、第2个交点、第3个交点、第4个交点至第m个交点;并两两分组,其中第1个交点和第2个交点为一组,第3个交点和第4个交点为一组,依次类推。
5.如权利要求1所述的图像处理方法,其特征在于,在步骤S4中:先计算所述线条集合中所有线条的每组所述交点之间的像素点数量,所述交点之间的像素点数量的计算方式为:同组中两个所述交点之间的差值除以所述分辨率;在计算完所述像素点数量后,还包括计算组内两个交点的二维像素坐标,并获得两个交点之间的所有像素点的二维像素坐标,将所有像素点的二维像素坐标根据设备分辨率转换成二维物理坐标,然后通过三维模型的曲面或平面方程,计算得出在该二维物理坐标上的所述物理高度。
6.如权利要求1所述的图像处理方法,其特征在于,在步骤S5中,每个区间内的最低位置对应灰度值0,每个区间内的最高位置对应为255,根据所述像素点的所述物理高度,对应其所在区间,按照线性对应或对数对应关系,得到像素点的所述灰度值。
7.一种图像处理装置,其特征在于,包括:
图像处理模块,用于建立三维模型图及处理所述三维模型图的图像信息,获得灰度模型图;
集合计算模块,用于计算所述灰度模型图X轴坐标的线条集合以及所述线条集合中每一线条与所述灰度模型图相交的交点的Y轴坐标集合;
坐标计算模块,用于计算所述Y轴坐标集合中每个像素点的坐标值;
分割模块,用于所述灰度模型图分割成若干高度H相等的区间;
转换模块,用于所述像素点的灰度值与相应的物理高度进行转换,获得灰度位图。
8.一种光刻系统,其特征在于,包括如权利要求7所述的图像处理装置及直写光刻设备,所述直写光刻设备按照所述图像处理装置处理的图像信息在基材上进行光刻,获得具有立体浮雕效果的连续面形结构。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,包括存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
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