CN112848301B - Lcd光固化3d打印均光优化补偿方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明主要提供了LCD光固化3D打印均光优化补偿的六种方法与一种装置,其装置包括：控制单元、图像拍摄单元、LCD屏、光源、半透光单元；半透光单元覆盖于LCD屏背光面；光源发出照射光透过LCD屏透光块矩阵图像照射于半透光单元并在其背光面形成半透光光斑矩阵状态图像；控制单元通过图像拍摄单元拍摄光斑矩阵状态图像得到各标定像素坐标点初始灰度值及灰度补偿差值；再求得各个标定优化灰度值，经图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏优化灰度值进行光固化打印；或者，先对灰度补偿差值经过图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值，再将掩膜全屏灰度值减各个灰度差值插补值得全屏优化灰度值进行光固化打印。
Description
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，具体涉及LCD光固化3D打印均光优化补偿方法与装置。
背景技术
目前光固化3D打印机通常都是采用单光源或者矩阵光源。由于灯珠本身的使用寿命、制造误差、光学器件的制造精度限制和LCD路径能量值损耗的不同，导致紫外光源穿透掩膜像素照射光敏固化反应材料时平面上各点的照射光能量值大小不一致，曝光不均匀；一般情况下，光敏固化反应材料固化反应所在平面上各点的能量值会存在中间位置能量高，四周能量低，或者平面上各点能量值大小不一、感光不均问题；这就会导致LCD光固化打印时，光敏固化反应材料生成模型时感光不均，打印面不光滑，打印效果不理想；针对该问题，经检索，已经申请公布的背景技术发明专利方案，一种LCD光固化3D打印均光优化补偿装置与方法专利号202010781266X已就该问题提出了一种解决方案；
但是，现有LCD光固化3D打印技术中进行均光补偿时采用紫外光测试仪器只能点对点测得LCD像素点投射能量值，由于紫外光测试仪器一般情况下结构较为庞大复杂，不利于安装在LCD光固化3D打印机上实现自动采集像素点能量值；而采用手持采集所有像素点能量值工作量过大实现起来不现实；
此外，LCD光固化3D打印时，需要由照射光穿透掩膜像素照射光敏固化反应材料，照射能量值需要超过光敏固化反应材料发生固化反应的最低限度值；如果光源发出的照射强度不够，则整体打印就会失败，光敏材料也会成型不足导致浪费；如果光源发出的照射强度过高，又会使LCD屏承受长时间高温导致使用寿命变短或损坏屏幕；并且，在现有的LCD光固化3D打印技术中，LCD需要经受长时间高强度烘烤，所以总会遇到LCD像素点损坏不透光的问题、或LCD像素点老化透光差和光路径损耗大的问题、或LCD像素点损坏全透光的问题；因此在这种情况下，背景技术的发明专利方案过于简单化和理想化，其没有考虑判断调整光源照射强度；也没有考虑LCD使用过程中存在像素坏点不透光、半透光的情况；例如，其方案方法在选择能量参考值时以最小能量值为参考时；如果LCD存在像素坏点不透光时，则经过灰度值补偿后光敏固化反应材料的成型反应所受均匀光照也为零，打印会失败；如果LCD存在像素坏点半透光时，则经过灰度值补偿后光敏固化反应材料的成型反应所受均匀光照取决于这个半透光像素的损坏程度，可能会拉低光敏固化反应材料的整体光照强度导致打印失败。
发明内容
针对背景技术中的上述缺陷或不足，本发明提供了用于LCD光固化3D打印均光优化补偿的六种均光优化补偿方法及其所采用的一种均光优化补偿装置，六种方法中的三种方法以标定光斑点的灰度值求得其灰度补偿差值，再求得其各自标定像素坐标点的标定优化灰度值，再经过图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素的全屏优化灰度值从而进行光固化均光打印；六种方法中的另三种方法以标定光斑点的灰度值求得灰度补偿差值，再对灰度补偿差值经过图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值，再将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值从而进行光固化均光打印；有利于在大量像素点中采集检测较少点像素灰度值，实现以多取少；又有利于将较少点像素灰度值插值补偿得到大量像素点的灰度补偿差值，实现以少补多，这样能节省大量程序计算环节以外的采集测试工作量；还能够解决现有技术中光固化3D打印曝光不均匀的问题，还能解决光源强度不够需调整、LCD屏存在坏点影响均光和影响打印成败的问题；
其装置利用了光源发出的UV紫外光与可见光混合后的可见特性，通过采用柔光纸等半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；采用柔光纸等半透光单元进行柔光漫反射后，就可以借助摄像头等装置直接获取光斑矩阵状态图像及其像素灰度值，也就无需采用紫外光测试仪器点对点采集照射光透光能量值，也能避免借助摄像头直接采集照射光存在的过曝光问题；
具体方案如下：
方法1：一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，采用差值迭代取值补偿及先补偿优化标定点灰度再缩放插补为全屏灰度的方法，包括以下步骤：
SA01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SA02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SA03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SA10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SA04；
SA04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取每个灰度掩膜切片中各标定像素坐标点的掩膜标定灰度值；
SA05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零最小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SA06、控制单元将每个灰度掩膜切片各个掩膜标定灰度值对应减去灰度补偿差值得到各标定像素坐标点标定优化灰度值并形成标定优化灰度表；
SA07、控制单元根据各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SA08、控制单元判断各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SA11；如果判断出优化灰度表中的各值都大于或等于预设值，则进行步骤SA09；
SA09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SA12；
SA10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SA02；
SA11、控制单元提取第N灰度补偿差值中的非零最小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SA06；
SA12、流程结束。
方法2：一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，采用差值迭代取值补偿及先将补偿差值缩放插补为全屏插补值再补偿优化全屏灰度值的方法，包括以下步骤：
SB01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SB02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SB03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SB10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SB04；
SB04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取灰度掩膜切片中每个切片图像所有像素的掩膜全屏灰度值；
SB05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零最小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SB06、控制单元根据标定像素点对应得到的各个灰度补偿差值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；
SB07、控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SB08、控制单元判断各个全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SB11；如果判断出各个全屏优化灰度值都大于或等于预设值，则进行步骤SB09；
SB09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SB12；
SB10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SB02；
SB11、控制单元提取第N灰度补偿差值中的非零最小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SB06；
SB12、流程结束。
方法3：一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，采用极小值按序取值补偿及先补偿优化标定点灰度再缩放插补为全屏灰度的方法，包括以下步骤：
SC01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SC02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SC03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SC10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SC04；
SC04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取每个灰度掩膜切片中各标定像素坐标点的掩膜标定灰度值；
SC05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SC06、控制单元将每个灰度掩膜切片各个掩膜标定灰度值对应减去灰度补偿差值得到各标定像素坐标点标定优化灰度值并形成标定优化灰度表；
SC07、控制单元根据各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SC08、控制单元判断各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SC11；如果判断出优化灰度表中的各值都大于或等于预设值，则进行步骤SC09；
SC09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SC12；
SC10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SC02；
SC11、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N+1小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SC06；
SC12、流程结束。
方法4：一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，采用极小值按序取值补偿及先将补偿差值缩放插补为全屏插补值再补偿优化全屏灰度值的方法，包括以下步骤：
SD01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SD02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SD03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SD10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SD04；
SD04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取灰度掩膜切片中每个切片图像所有像素的掩膜全屏灰度值；
SD05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SD06、控制单元根据标定像素点对应得到的各个灰度补偿差值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；
SD07、控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SD08、控制单元判断各个全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SD11；如果判断出各个全屏优化灰度值都大于或等于预设值，则进行步骤SD09；
SD09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SD12；
SD10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SD02；
SD11、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N+1小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SD06；
SD12、流程结束。
方法5：一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，采用数字取整加高频值取值补偿及先补偿优化标定点灰度再缩放插补为全屏灰度的方法，包括以下步骤：
SE01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SE02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SE03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SE10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SE04；
SE04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取每个灰度掩膜切片中各标定像素坐标点的掩膜标定灰度值；
SE05、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值最多的整值作为第N参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SE06、控制单元将每个灰度掩膜切片各个掩膜标定灰度值对应减去灰度补偿差值得到各标定像素坐标点标定优化灰度值并形成标定优化灰度表；
SE07、控制单元根据各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SE08、控制单元判断各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SE11；如果判断出优化灰度表中的各值都大于或等于预设值，则进行步骤SE09；
SE09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SE12；
SE10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SE02；
SE11、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值第N多的整值作为第N+1参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SE06；
SE12、流程结束。
方法6：一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，采用数字取整加高频值取值补偿及先将补偿差值缩放插补为全屏插补值再补偿优化全屏灰度值的方法，包括以下步骤：
SF01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SF02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SF03、控制单元判断光斑矩阵状态图像的所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SF10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SF04；
SF04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取灰度掩膜切片中每个切片图像所有像素的掩膜全屏灰度值；
SF05、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值最多的整值作为第N参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SF06、控制单元根据标定像素点对应得到的各个灰度补偿差值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；
SF07、控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SF08、控制单元判断各个全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SF11；如果判断出各个全屏优化灰度值都大于或等于预设值，则进行步骤SF09；
SF09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SF12；
SF10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SF02；
SF11、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值第N多的整值作为第N+1参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SF06；
SF12、流程结束。
作为优选，所述灰度值进行差值计算时，对于差值计算中得到的负数全部置零；
作为优选，所述插值补偿算法采用最近邻点插值算法、或双线性内插值算法、或双三次内插值算法、或自然邻点插值算法、或加权平均插值算法、或距离倒数加权插值算法、或高阶插值算法、或拉格朗日插值算法、或牛顿插值算法。
作为优选，所述待打印图形的灰度掩膜切片图像为经切片软件处理后的用于打印3D模型的多层灰度掩膜切片图像。
六种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法所采用的均光优化补偿装置，包括：控制单元、图像拍摄单元、LCD屏、光源、半透光单元；LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像；所述半透光单元覆盖于LCD屏的背光面；光源发出的照射光透过LCD屏透光块矩阵图像照射于半透光单元，并利用光源的UV紫外光与可见光混合后的可见特性以及半透光单元的柔光漫反射特性在其背光面形成半透光光斑矩阵状态图像；所述图像拍摄单元利用其拍摄功能拍摄获取光斑矩阵状态图像并送至控制单元，由控制单元提取光斑矩阵状态图像中各个光斑中像素点的灰度值并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值。
作为优选，所述半透光单元采用半透明纸、或薄页纸、或柔光纸、或柔光膜、或柔光布、或柔光板、或硫酸纸、或拷贝纸、或牛油纸、或哑光膜、或蝴蝶布、或耐温胶片膜、或半透明的亚克力板；
作为优选，所述光源采用UV点光源、或UV矩阵光源；
作为优选，所述光斑矩阵状态图像中光斑的形状为圆形、或方形；
作为优选，所述LCD标定像素坐标点透光块矩阵图像中透光块的形状为圆形、或方形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的均光优化补偿方法1、3、5，以标定光斑点的灰度值和灰度补偿差值，先求得其各自标定像素坐标点的标定优化灰度值，再经过图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素的全屏优化灰度值从而进行光固化打印，方法更简单，有利于在大量像素点中采集检测较少点像素灰度值，实现以多取少；又有利于将较少点像素灰度值插值补偿得到大量像素点的灰度补偿差值，实现以少补多，这样能节省大量程序计算环节以外的采集测试工作量；
2、本发明提供的均光优化补偿方法2、4、6，以标定光斑点的灰度值和灰度补偿差值，先对灰度补偿差值经过图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值，再将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值从而进行光固化打印，均光效果更好，有利于在大量像素点中采集检测较少点像素灰度值，实现以多取少；又有利于将较少点像素灰度值插值补偿得到大量像素点的灰度补偿差值，实现以少补多，这样能节省大量程序计算环节以外的采集测试工作量；
3、本发明提供了六种均光优化补偿方法，在不对LCD的原有结构进行任何改变且能获得非常好的均光效果且能提高打印精度的同时，在遇到LCD屏出现不透光坏点导致灰度参考值过低时，本发明的六种方法均可通过判断步骤来重新选择参考值来保证大部分像素点均光且照射强度足以保证3D打印成功；
4、本发明提供了六种均光优化补偿方法，在六种方法的步骤3中都增加了对光源照射强度的判断过程及调节过程，当光照不足时通过增强光照强度，来为后续灰度掩膜切片灰度值补偿和最后的3D光固化打印的顺利进行提供了充足的光照保证；
5、本发明提供了六种均光优化补偿方法，在六种方法的步骤8中都增加了对优化灰度值大小的判断过程，当选取参考值偏小时，打印图像的灰度值会被过度降低使透过LCD屏照射光强全面不足导致固化打印失败，增加判断步骤可重新选择直至参考值大小合适，使最后打印时光敏固化反应材料受到均匀照射且强度足以保证打印顺利进行；
6、本发明提供了均光优化补偿方法1、2，采用差值迭代取值补偿法，通过初始灰度值差值表不断选取非零最小值，来变相地由低向高逐点选取参考值，直至选值合适合理足以在保证打印光照足够的同时来补偿灰度掩膜切片灰度值实现大部分像素点的均光效果；
7、本发明提供了均光优化补偿方法3、4，采用极小值按序取值补偿法，通过比较排序取点的方式，来直接由低向高逐点选取参考值，直至选值合适合理足以在保证打印光照足够的同时来补偿灰度掩膜切片灰度值实现大部分像素点的均光效果；
8、本发明提供了均光优化补偿方法5、6，采用数字取整加高频值取值补偿法，通过将初始灰度值取整后增加各个初始灰度值的重复几率，再直接抓取重复最多的高频值，以尽量多地兼顾各点初始灰度值的差值补偿，与此同时在出现两个或多个高频值时，选取数值更高的点来作为参考值有利于快速找到更合理的参考值使打印光照足够的同时来补偿灰度掩膜切片灰度值实现大部分像素点的均光效果；
9、本发明方法所采用的均光优化补偿装置，利用光源的UV紫外光与可见光混合后的可见特性以及半透光单元的柔光漫反射特性在半透光单元的背光面形成半透光光斑矩阵状态图像,使光源的UV紫外光是否均光的状态可呈现且可被图像拍摄单元直接捕捉获取；
10、本发明方法所采用的均光优化补偿装置，利用图像拍摄单元直接捕捉获取光斑矩阵状态图像及其像素灰度值，相比采用紫外光测试仪器直接点对点采集照射光透光能量值的背景技术方案，拍摄装置的安装结构更简单，更利于小型化设备的安装和使用，且无需挨个取点用紫外光测试仪照射取值，因此使用更方便；
11、本发明方法所采用的均光优化补偿装置，利用柔光纸等半透光单元的柔光漫反射特性，就可以借助摄像头等装置直接获取光斑矩阵状态图像及其像素灰度值，避免了拍摄装置直接拍摄时光源穿透照射光直射摄像装置带来的过曝光问题；
12、本发明方法所采用的均光优化补偿装置，利用柔光纸等半透光单元的柔光漫反射特性，就可以借助摄像头等装置直接获取光斑矩阵状态图像及其像素灰度值，避免了需要将紫外光测试仪器测得能量值转化为灰度值的换算过程。
附图说明
图1为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1的流程图；
图2为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法2的流程图；
图3为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1或2均光计算过程篇幅1；
图4为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1或2均光计算过程篇幅2；
图5为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法3的流程图；
图6为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法4的流程图；
图7为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法3或4均光计算过程篇幅1；
图8为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法3或4均光计算过程篇幅2；
图9为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法5的流程图；
图10为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法6的流程图；
图11为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法5或6均光计算过程；
图12为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿装置的光斑矩阵状态图像实施例；
图13为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1-6的插值补偿算法实施例；
图14为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿装置的原理图；
图15为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿后进行光固化3D打印机的原理图。
标号说明：
控制单元1；图像拍摄单元2；LCD屏3；光斑31；光斑像素311；光源4；半透光单元5；储存液槽6；储液槽底膜61；光敏固化反应材料7；固化成型件托板8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
目前的LCD光固化3D打印机通常都是采用单光源或者矩阵光源。由于灯珠本身的使用寿命、制造误差、光学器件的制造精度限制和LCD路径能量值损耗的不同，导致紫外光源穿透掩膜像素照射光敏固化反应材料时平面上各点的照射光能量值大小不一致，曝光不均匀；并且在遇到LCD屏存在坏点时如果LCD屏预存的灰度值过小或者光源照射强度不够时，也会存在打印失败的问题。针对这些问题，本发明公开了LCD光固化3D打印均光优化补偿六种方法与一种装置。
特别说明，由于灰度值的取值范围为0-255；而光源能量值范围更广，如0μW/cm2-2550μW/cm2，为了便于将灰度值和能量值统一到相同数值范围内便于阐述均光原理和表达计算过程，在后续各表中假设光源发出的能量值最小为0μW/cm2，最大为255μW/cm2；可根据能量值与灰度值的对应关系式为：Yij＝kXij+b来计算；其中，Yij为LCD全屏曝光时能量采集单元所获取的LCD屏上第i行第j列像素点的能量值；Xij为LCD全屏曝光时LCD屏上第i行第j列像素点的能量值的灰度值；所述k和b为经验值常数、或经过计算所获得的实际推算值；所述能量值的最大值对应于与灰度值的最大值255，所述能量值的最小值对应于与灰度值的最小值0，由此代入关系式Yij＝kXij+b计算获得k和b的推算值；而在本发明方法下的均光原理和计算，全程只涉及图像灰度值的计算与处理，不涉及光源能量值与图像灰度值的转换过程。
图1为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1的流程图。方法步骤过程如图，其采用差值迭代取值补偿及先补偿优化标定点灰度再缩放插补为全屏灰度的方法，图中步骤5和步骤11中的N的取值为1、2、3～N。
图2为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法2的流程图。方法步骤过程如图，其采用差值迭代取值补偿及先将补偿差值缩放插补为全屏插补值再补偿优化全屏灰度值的方法，图中步骤5和步骤11中的N的取值为1、2、3～N。
图3为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1或2的均光计算过程篇幅1。由于运算展示过程篇幅过长，故分为篇幅1和篇幅2两部分。计算过程主要描述的是方法1或2采用差值迭代取值补偿方法时的取值及计算比较过程。各个表中的4*4格表示为16个标定像素坐标点对应的位置。如图所示，表1-1表示在理想状态下标定像素坐标点的光源提供充足且均匀的照射光，表1-2表示在理想状态下LCD屏无坏点且各标定像素坐标点的透光路径中损耗一致，表1-3表示如果采用的半透光单元材质理想，相对就柔光效果均匀，因此在该环节标定像素坐标点的处照射光穿过时能量损耗也就均匀；如果此时不载入灰度掩膜切片图像，那么在半透光单元的背光面标定像素坐标点处必然形成如表1-4所示能量充足且亮度均匀的半透光光斑矩阵状态图像，且各光斑内各像素也亮度均匀；那么图像拍摄单元对半透光单元的背光面拍摄获取到得图像中，各光斑矩阵状态图像的光斑也会亮度均匀，灰度值均匀。
表2-1表示在一般实际情况下，光源发出能量充足的不均匀照射光，主要是光源中间位置照射光能量充足，边缘位置照射光能量偏弱；表2-2表示在照射光穿透LCD屏时存在能量值损耗，其中数字125位置表示老化像素点，光透能力偏弱，导致光能量损耗偏高，其中数字0位置表示该像素点完全透光；表2-3表示LCD屏载入了打印切片的掩膜图像，根据LCD灰度掩膜切片全透光且都为0的标定值，可知打印切片掩膜图像的标定像素坐标点处灰度值应当全为255以此实现全透光，因为灰度值255表示的是白色，灰度值0表示的是黑色；表2-4表示光敏固化材料采用光敏树脂时定像素坐标点对应处所受到的照射光的能量值；由表中大小不均的各值可以分析出，如果不对LCD光固化打印装置进行均光优化补偿，那么最后光敏树脂受到的光照必然不均，导致打印效果变差。
表3-1表示在采用低光能量值的弱光源时，光源由于可能会中间高四周低，或者还会遇到灯珠由于老化原因导致发光偏低，形成强弱不均的照射；表3-2表示光源发出的照射光在穿透LCD屏时会存在散射、发热等能量损耗，其中数字0位置表示这是一个LCD像素上的坏点，完全透光，不能载入储存图像原色；其中数字125位置表示这是一个LCD像素上的老化点，透光能力较低，光损耗较大；如果该点是一个坏点，则应当用255来表示完全不透光，此时如果还采用背景技术里的一次性取最小值进行灰度补偿打印的方法，由于取值不当，那么最后光敏树脂的感光能量就会全部为零导致打印失败；表3-3表示采用的半透光单元相对柔光效果均匀，因此在该环节照射光穿过时能量损耗也就均匀；如果此时不载入灰度掩膜切片图像，那么在半透光单元的背光面必然形成如表3-4所示能量低且亮度不均匀的半透光光斑矩阵状态图像，且各光斑内各像素亮度也不均匀；那么图像拍摄单元对半透光单元的背光面拍摄获取到得图像中，各光斑矩阵状态图像的光斑也会亮度低且亮度不均匀，灰度值低且不均匀；由这四个表可以看出当光源的射出光较弱时，半透光单元的背光面形成的光斑能量亮度均较低，如果在此光源照射强度下，去掉半透光单元后载入灰度掩膜切片图像进行光固化打印，那么光敏成型所需光照不足，打印必然失败；因此需要调控光源增加照射光的照射强度。
由表4-1到表10-4的一系列表格可以非常清晰的了解到本申请中的均光优化补偿方法1的计算及比较全过程。表4-1表示光源在标定像素坐标点处发出能量充足的不均匀照射光；表4-2表示在照射光穿透LCD屏时标定像素坐标点处存在能量值损耗；表4-3表示半透光单元均匀损耗照射光能量；表4-4表示图像拍摄单元在半透光单元的背光面获取到光斑矩阵状态图像中各个光斑中各像素亮度充足但不均匀，各像素灰度值也不均匀的图像；并且图像中各个光斑之间标定像素坐标点初始灰度值也不均匀。
表5-1中就是表4-4所述的图像拍摄单元获取的图像中各个光斑之间标定像素坐标点初始灰度值；表5-2表示在上述值中第1次提取出非零最小值85，之所以提取非零最小值也是为了排除对完全不透光的坏点的参考选择，因此需要将图像拍摄单元获取的初始灰度值统一减去该参考值，由此得到表5-4中的第1灰度补偿差值。
图4为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1或2的均光计算过程篇幅2。计算过程主要描述的是方法1或2采用差值迭代取值补偿方法时的取值及计算比较过程。各个表中的4*4格表示为16个标定像素坐标点对应的位置。如图所示，表6-1表示灰度掩膜切片的标定像素坐标点的灰度值均为255，表6-2中的第1灰度补偿差值即为表5-4中取得的第1灰度补偿差值；将表6-1中各值对应减去表6-2中各值即可得到表6-3中灰度掩膜切片第1次优化灰度值，该灰度值即为LCD掩膜环节各个标定像素坐标点的掩膜像素灰度值，也即是进行LCD光固化打印时载入LCD屏内的灰度掩膜切片各个标定像素坐标点第1次灰度值。下面计算经过均光优化补偿后，求取光敏树脂感光能量值以验证光敏树脂的感光是否均匀，通过灰度值与像素遮光能力的反转计算，将切片灰度值255减去表6-3中各值，得到表6-4的LCD图像像素遮损能量值。
表7-1中光照不均匀但是能量充足的光源发出能量值，减去表7-2中照射光穿透LCD屏时存在的能量值损耗，再减去表7-3中LCD中载入的灰度掩膜所遮损的能量值即表6-4所求，可得表7-4中光敏树脂感光能量值，由7-4表可知光敏树脂的感光平面各点在受到光照时是感光均匀的；特别的，由此可知在进行LCD光固化3D打印均光优化补偿时，最后光敏固化反应材料的感光的均匀值和感光照射强度，由表5-3中所选参考值80与表4-3中半透光单元对照射光能量遮损两者之和来决定的，所以在本发明6种方法的步骤5中选取参考值时，需要排除零值影响，并且如果选取的参考值过小，也会导致打印光照能量不足，所以在本发明6种方法的步骤8中，还要对最后的灰度掩膜切片图像的标定优化灰度值进行取舍，从而重新选取参考值；例如，假设方法1或2中步骤8中的预设值为200，那么表6-3中存在小于200的值，那么就需要进入步骤11重新选取参考值获取灰度补偿差值；而背景技术中，直接选取最小值时，如果遇到LCD屏存在不透光坏点时，那么其参考值一定为零，由此会导致灰度掩膜切片图像的标定优化灰度值会过低，使最后打印光敏树脂受光能量值全为25，导致光照能量不足使打印失败。
表8-1到表8-4表示在前面步骤中，如果参考值85选值不合适，就需要重新选值，所以在表8-1同表5-4的第1灰度补偿差值里，再次选取非零最小值80作为第2参考值80，然后将第1灰度补偿差值减去第2参考值80，得到表8-4的第2灰度补偿差值，并且对于所产生的负数直接置零，这是为了避免后续得到的灰度掩膜第2次优化灰度值超出255最大灰度值物理范围。如果以本表8-4中各值再结合方法2对第3灰度补偿差值表中各值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；然后控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值可得到全屏所有像素的全屏优化灰度值，即可实现光照能量充足下的均光打印。特别的，在每一次的灰度补偿差值里反复选取非零最小值，其实就是差值迭代取值补偿法，相当于在一列逐渐增大的值中，逐个排除最小值，逐级向上选值，最终总能找到一个能够使最后打印光照能量充足且又均匀的参考值，从而得到所需要的灰度掩膜优化灰度值。
表9-1表示的是要打印图像的灰度掩膜切片对应的标定像素坐标点的灰度值，灰度值255表示的是全透光；在表9-1基础上减去表9-2中的第2灰度补偿差值，即可得到表9-3中第2次灰度掩膜切片的标定像素坐标点的标定优化灰度值，如果以本表9-3中各值再结合方法1对各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值即可实现光照能量充足下的均光打印。表9-4是根据255减去表9-3中各值得到的，其表示LCD载入灰度掩膜切片像素灰度遮挡照射光，所带来的遮损能量值。
表10-1、2、3所组成的运算式中，代入表9-4中的LCD灰度掩膜遮损能量值，可得到表10-4的光敏树脂所受到的感光值，这是一个验算过程，由此可知在经过第2次产值选取和补偿后，光敏树脂感光能量值相较于表7-4有明显提高。
图5为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法3的流程图。方法步骤过程如图，其采用极小值按序取值补偿及先补偿优化标定点灰度再缩放插补为全屏灰度的方法，图中步骤5和步骤11中的N的取值为1、2、3～N。
图6为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法4的流程图。方法步骤过程如图，其采用极小值按序取值补偿及先将补偿差值缩放插补为全屏插补值再补偿优化全屏灰度值的方法，图中步骤5和步骤11中的N的取值为1、2、3～N。
图7为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法3或4均光计算过程篇幅1。计算过程主要描述的是方法3或4采用极小值按序取值补偿方法时的取值及计算比较过程。由于运算展示过程篇幅过长，故分为篇幅1和篇幅2两部分。各个表中的4*4格表示为16个标定像素坐标点对应的位置。如图所示，表11-1表示光源发出能量充足的不均匀照射光；表11-2表示在照射光穿透LCD屏时存在能量值损耗；表11-3表示不载入灰度掩膜切片图像故光能量无损耗；表11-4表示图像拍摄单元获取的各标定像素坐标点初始灰度值。
表12-1、2、3表示从图像拍摄单元获得的感光能量值中选取非零最小值作为第1次参考值，然后得到表12-4中的第1灰度补偿差值。
表13-1、2、3表示根据表13-1中的灰度掩膜切片灰度值和表13-2中的掩膜切片灰度补偿差值得到13-3中的灰度掩膜1次优化灰度值，其中表13-2中的掩膜切片灰度补偿差值，即为表12-4中的第1灰度补偿差值。假设方法3或4中步骤8中的预设值为220，那么表16-3中存在小于220的值，那么就需要进入步骤11重新选取参考值获取差值。表13-4是根据255减去表13-3中各值得到的，其表示LCD载入灰度掩膜切片像素灰度遮挡照射光，所带来的遮损能量值。
表14-1、2、3所组成的运算式中，代入表13-4中的LCD灰度掩膜遮损能量值，可得到表14-4的光敏树脂所受到的感光值，由表可知照射光是均匀的，但是可能偏低，这是一个验算过程。
表15-1、2表示在排除上一次的最小值基础上重新提取第2最小值，即按序由小到大提取参考值，得到表15-3中的第2参考值后，将表15-1中各值减去第2参考值，得到表15-4中的第2灰度补偿差值，并且对于所产生的负数直接置零，这是为了避免后续得到的灰度掩膜第2次优化灰度值超出255最大灰度值物理范围。
图8为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法3或4均光计算过程篇幅2。计算过程主要描述的是方法3或4采用极小值按序取值补偿方法时的取值及计算比较过程。各个表中的4*4格表示为16个标定像素坐标点对应的位置。如图所示，表16-1表示的是要打印图像的灰度掩膜切片标定像素坐标点灰度值，灰度值255表示的是全透光；在表16-1基础上减去表16-2中的第2灰度补偿差值，即可得到表16-3中的第2次灰度掩膜切片的标定优化灰度值。假设方法3或4中步骤8中的预设值为220，那么表16-3中存在小于220的值，那么就需要进入步骤11重新选取参考值获取差值。表16-4是根据255减去表16-3中各值得到的，其表示LCD载入灰度掩膜切片像素灰度遮挡照射光，所带来的遮损能量值。
表17-1、2、3所组成的运算式中，代入表16-4中的LCD灰度掩膜遮损能量值，可得到表17-4的光敏树脂所受到的感光值，这是一个验算过程，由此可知在经过第2次产值选取和补偿后，光敏树脂感光能量值相较于表14-4有明显提高。
在以上两次选取参考值和均光补偿后，假如技术人员设定步骤8中的预设值为220，那么表16-3中存在小于220的值，那么就需要进入步骤11重新选取参考值获取差值，进行第三次均光补偿优化。
表18-1、2表示在排除上一次的最小值基础上重新提取第3最小值，即按序由小到大提取参考值，得到表18-3中的第3次参考值后，将表18-1中各值减去第3次参考值，得到表18-4中的第3灰度补偿差值，并且对于所产生的负数直接置零，这是为了避免后续得到的灰度掩膜第3次优化灰度值超出255最大灰度值物理范围。如果以本表18-4中各值再结合方法4对第3灰度补偿差值表中各值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；然后控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值可得到全屏所有像素的全屏优化灰度值，即可实现光照能量充足下的均光打印。
表19-1表示的是要打印图像的灰度掩膜切片标定像素坐标点灰度值，灰度值255表示的是全透光；在表19-1基础上减去表19-2中的第3灰度补偿差值，即可得到表19-3中的第3次灰度掩膜切片的标定优化灰度值，根据方法3或4中的步骤8，假设步骤8中的预设值为220，那么表19-3中各值全部大于220，如果以本表19-3中各值再结合方法3对各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值即可实现光照能量充足下的均光打印。表19-4是根据255减去表19-3中各值得到的，其表示LCD载入灰度掩膜切片像素灰度遮挡照射光，所带来的遮损能量值。
表20-1、2、3所组成的运算式中，代入表19-4中的LCD灰度掩膜遮损能量值，可得到表20-4的光敏树脂所受到的感光值，这是一个验算过程，由此可知在经过第3次产值选取和补偿后，光敏树脂感光能量值相较于表17-4有明显提高，但是在均光效果上，舍弃了对绝对均光的追求，但是在实际3D光固化打印中，只要打印照射足够，光敏树脂照射平面上的个像素光照满足大部分均衡，其实对于实际打印效果的负面影响不大。
特别的，在图像拍摄单元感光能量值中由低到高逐步选取非零最小值作为参考值，其实就是采用极小值按序取值补偿法，相当于在一列逐渐增大的值中，逐个排除最小值，逐级向上选值，最终总能找到一个能够使最后打印打印光照能量充足且又均匀的参考值，从而得到所需要的灰度掩膜优化灰度值。
图9为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法5的流程图。方法步骤过程如图，其采用数字取整加高频值取值补偿及先补偿优化标定点灰度再缩放插补为全屏灰度的方法，图中步骤5和步骤11中的N的取值为1、2、3～N。
图10为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法6的流程图。方法步骤过程如图，其采用数字取整加高频值取值补偿及先将补偿差值缩放插补为全屏插补值再补偿优化全屏灰度值的方法，图中步骤5和步骤11中的N的取值为1、2、3～N。
图11为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法5或6均光计算过程。计算过程主要描述的是方法5或6采用数字取整加高频值取值补偿方法时的取值及计算比较过程。各个表中的4*4格表示为16个标定像素坐标点对应的位置。如图所示，表21-1表示光源发出能量充足的不均匀照射光；表21-2表示在照射光穿透LCD屏时存在能量值损耗；表24-6表示不载入灰度掩膜切片图像故光能量无损耗；表21-4表示图像拍摄单元获取的各标定像素坐标点初始灰度值。
表22-1、2表示先需要对图像拍摄单元获得的初始灰度值进行灰度值取整，因为表22-1中的原始采集感光初始灰度值总会存在非整数，如不加以取整处理，则在后续表22-3环节根据同值频次选取参考值时，数值分散不容易提取到同值频次最高的数，且数据处理过程也会消耗控制单元过多的运算能力；经过取整后，得到表22-2中的整数初始灰度值；特别的，如表22-3所示，选取同值最多的整值时，出现了两组同值数最多的整值，这时就需要在两组整值中选取更大的整值作为参考值；然后得到表22-4中的初始灰度值第1次参考值。
表23-1、2、3表示由表23-1中标定像素坐标点的初始灰度值和表22-4中所选取第1次参考值，得到表23-3中的第1灰度补偿差值。并且对于所产生的负数直接置零，得到表23-4中的第1灰度补偿差值，这是为了避免后续得到的灰度掩膜第1次优化灰度值超出255最大灰度值物理范围。如果以本表中各值再结合方法6对第1灰度补偿差值表中各值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；然后控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值可得到全屏所有像素的全屏优化灰度值，即可实现光照能量充足下的均光打印。
表24-1表示的是要打印图像的灰度掩膜切片标定像素坐标点灰度值，灰度值255表示的是全透光；在表24-1基础上减去表24-2中的第1灰度补偿差值，即可得到表24-3中的第1次灰度掩膜切片的标定优化灰度值。如果以本表中各值再结合方法5对各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值即可实现光照能量充足下的均光打印。表24-4是根据255减去表24-3中各值得到的，其表示LCD载入灰度掩膜切片像素灰度遮挡照射光，所带来的遮损能量值。
表25-1、2、3所组成的运算式中，代入表24-4中的LCD灰度掩膜遮损能量值，可得到表25-4的光敏树脂所受到的感光值，这是一个验算过程，由此可知在经过第1次产值选取和补偿后，光敏树脂感光能量值的能量是充足的，但是均光程度并非绝对均匀，其在均光效果上，舍弃了对绝对均光的追求，但是在实际3D光固化打印中，只要打印照射足够，光敏树脂照射平面上的个像素光照满足大部分均衡，其实对于实际打印效果的负面影响不大。
特别的，方法3对初始灰度值在取整的同时，提高了各值的碰撞概率，提高了同值几率，相当于直接抓取一个最大分布区间选取一个最大概率分布值，再在其基础上进行均光优化补偿，其实就是采用数字取整加高频值取值补偿法；同时为了避免同时出现多个同几率高概率数，需要选取更大或更小的参考值，而更大值意味着更充足的光源照射，所以在本方法中步骤5和步骤11采用取整和提取同值最多的整值作为参考值的方法；如果参考值选取不合适，就需要重新选取同值第2多的整值作为参考值，即选取同值次多的整值作为参考值；最终总能找到一个能够使最后打印光照能量充足且又均匀的参考值，从而得到所需要的灰度掩膜优化灰度值。
图12为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿装置的光斑矩阵状态图像实施例。如图所示，照射光透过LCD屏3透光块矩阵图像照射于半透光单元5，并利用光源4的UV紫外光与可见光混合后的可见特性以及半透光单元5的柔光漫反射特性在其背光面形成半透光光斑矩阵状态图像产生8X12个圆形光斑31；且各个圆形光斑31中又包括10X10个光斑像素311。该图左下角标定像素坐标点Q11、Q12、Q21、Q22可对应于图4位置上的四个坐标点，由LCD屏4载入这四个标定像素坐标点的透光块，经照射光照射在半透光单元5背光面生成这四个位置的光斑31，每个光斑31中包含10X10个光斑像素311，将这些像素提取灰度值再取其平均值作为这四个标定像素坐标点Q11、Q12、Q21、Q22的初始灰度值。
图13为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿方法1-6的插值补偿算法实施例。如图所示，如果基于本发明的方法1、3、5，在获得四个标定像素坐标点Q11、Q12、Q21、Q22坐标值的情况下,控制单元可由这四个标定像素坐标点的标定优化灰度值，采用图中的双线性内插值算法进行图像缩放求得像素P点对应的优化灰度值；例如，如果将表9-3中灰度掩膜第2次优化灰度值的4个值224.5、215.5、215、215作为Q11、Q12、Q21、Q22四点的标定优化灰度值；那么，若标定像素坐标点Q11、Q12、Q21、Q22的像素坐标分别(1,1)、(1,2)、(2,1)、(2,2)，若P点的像素坐标P为(1.5,1.6)，写成f(i+u,j+v)的形式，则u＝0.5,v＝0.6,i＝1,j＝1
沿着X方向插值时f(R1)＝u(f(Q21)-f(Q11))+f(Q11)；
沿着Y方向插值时f(R2)＝u(f(Q22)-f(Q12))+f(Q12)。
那么进一步整理根据公式
f(P)＝f(i+u,j+v)＝(1-u)*(1-v)f(i,j)+(1-u)*v*f(i,j+1)+u*(1-v)*f(i+1,j)+u*v*f(i+1,j+1)；算得P点优化灰度值为
f(P)＝f(1.5,1.6)＝0.5*0.4*224.5+0.5*0.6*215.5+0.5*0.4*215+0.5*0.6*215＝44.9+64.65+43+64.5＝217.05；以此类推，可得到全屏所有像素的全屏优化灰度值。
如果基于本发明的方法2、4、6，在获得四个标定像素坐标点Q11、Q12、Q21、Q22坐标值的情况下,控制单元可由这四个标定像素坐标点的灰度补偿差值，采用图中的双线性内插值算法进行图像缩放求得像素P点对应的灰度差值插补值；例如，如果将表9-2中灰度掩膜补偿差值的4个值30.5、39.5、40、40作为Q11、Q12、Q21、Q22四点的第2灰度补偿差值；那么，若标定像素坐标点Q11、Q12、Q21、Q22的像素坐标分别(1,1)、(1,2)、(2,1)、(2,2)，若P点的像素坐标P为(1.5,1.6)，写成f(i+u,j+v)的形式，则u＝0.5,v＝0.6,i＝1,j＝1
沿着X方向插值时f(R1)＝u(f(Q21)-f(Q11))+f(Q11)；
沿着Y方向插值时f(R2)＝u(f(Q22)-f(Q12))+f(Q12)。
那么进一步整理根据公式
f(P)＝f(i+u,j+v)＝(1-u)*(1-v)f(i,j)+(1-u)*v*f(i,j+1)+u*(1-v)*f(i+1,j)+u*v*f(i+1,j+1)；算得P点的灰度差值插补值为
f(P)＝f(1.5,1.6)＝0.5*0.4*30.5+0.5*0.6*39.5+0.5*0.4*40+0.5*0.6*40＝6.1+11.85+8+12＝37.95；以此类推，可得到全屏所有像素灰度补偿差值，然后控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值可得到全屏所有像素的全屏优化灰度值。
图14为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿装置的原理图。如图所示，一种LCD光固化3D打印均光优化补偿装置，包括：控制单元1、图像拍摄单元2、LCD屏3、光源4、半透光单元5；LCD屏3载入标定像素坐标点透光块矩阵图像；所述半透光单元5覆盖于LCD屏3的背光面；光源4发出的照射光透过LCD屏3透光块矩阵图像照射于半透光单元5，并利用光源的UV紫外光与可见光混合后的可见特性以及半透光单元5的柔光漫反射特性在其背光面形成半透光光斑矩阵状态图像；所述图像拍摄单元2利用其拍摄功能拍摄获取光斑矩阵状态图像并送至控制单元1，由控制单元1提取光斑矩阵状态图像中各个光斑中像素点的灰度值并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值。
图15为本发明LCD光固化3D打印均光优化补偿后进行光固化3D打印机的原理图。如图所示，进行光固化3D打印机的技术方案，包括：控制单元1、LCD屏3、光源4、储存液槽6、储液槽底膜61、光敏固化反应材料7、固化成型件托板8。所述控制单元1使LCD屏3载入待打印图形的灰度掩膜切片图像在灰度值被均光优化补偿后，用于选择性掩膜透光；储存液槽6内储存光敏固化反应材料7，其中，光敏固化反应材料7一般采用光敏树脂；储存液槽6的底部为透光性的储液槽底膜61，用于照射透光；光源4一般采用UVLED点光源或UVLED矩阵光源发出405nm紫外光透过LCD屏3的灰度掩膜照射光敏固化反应材料7进行固化打印；固化成型件托板8用于在固化反应过程中附着固化成型后的凝结胶使其不断提升生长直至3D打印完成。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
SA01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SA02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SA03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SA10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SA04；
SA04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取每个灰度掩膜切片中各标定像素坐标点的掩膜标定灰度值；
SA05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零最小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SA06、控制单元将每个灰度掩膜切片各个掩膜标定灰度值对应减去灰度补偿差值得到各标定像素坐标点标定优化灰度值并形成标定优化灰度表；
SA07、控制单元根据各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SA08、控制单元判断各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SA11；如果判断出优化灰度表中的各值都大于或等于预设值，则进行步骤SA09；
SA09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SA12；
SA10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SA02；
SA11、控制单元提取第N灰度补偿差值中的非零最小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SA06；
SA12、流程结束。
2.一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
SB01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SB02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SB03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SB10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SB04；
SB04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取灰度掩膜切片中每个切片图像所有像素的掩膜全屏灰度值；
SB05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零最小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SB06、控制单元根据标定像素点对应得到的各个灰度补偿差值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；
SB07、控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SB08、控制单元判断各个全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SB11；如果判断出各个全屏优化灰度值都大于或等于预设值，则进行步骤SB09；
SB09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SB12；
SB10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SB02；
SB11、控制单元提取第N灰度补偿差值中的非零最小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SB06；
SB12、流程结束。
3.一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
SC01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SC02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SC03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SC10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SC04；
SC04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取每个灰度掩膜切片中各标定像素坐标点的掩膜标定灰度值；
SC05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SC06、控制单元将每个灰度掩膜切片各个掩膜标定灰度值对应减去灰度补偿差值得到各标定像素坐标点标定优化灰度值并形成标定优化灰度表；
SC07、控制单元根据各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SC08、控制单元判断各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SC11；如果判断出优化灰度表中的各值都大于或等于预设值，则进行步骤SC09；
SC09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SC12；
SC10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SC02；
SC11、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N+1小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SC06；
SC12、流程结束。
4.一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
SD01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SD02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SD03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SD10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SD04；
SD04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取灰度掩膜切片中每个切片图像所有像素的掩膜全屏灰度值；
SD05、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N小值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SD06、控制单元根据标定像素点对应得到的各个灰度补偿差值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；
SD07、控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SD08、控制单元判断各个全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SD11；如果判断出各个全屏优化灰度值都大于或等于预设值，则进行步骤SD09；
SD09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SD12；
SD10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SD02；
SD11、控制单元提取各个初始灰度值中的非零第N+1小值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SD06；
SD12、流程结束。
5.一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
SE01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SE02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SE03、控制单元判断光斑矩阵状态图像上所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SE10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SE04；
SE04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取每个灰度掩膜切片中各标定像素坐标点的掩膜标定灰度值；
SE05、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值最多的整值作为第N参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SE06、控制单元将每个灰度掩膜切片各个掩膜标定灰度值对应减去灰度补偿差值得到各标定像素坐标点标定优化灰度值并形成标定优化灰度表；
SE07、控制单元根据各标定像素坐标点的标定优化灰度值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SE08、控制单元判断各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个标定优化灰度值/全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SE11；如果判断出优化灰度表中的各值都大于或等于预设值，则进行步骤SE09；
SE09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SE12；
SE10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SE02；
SE11、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值第N多的整值作为第N+1参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SE06；
SE12、流程结束。
6.一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
SF01、开启LCD光固化打印机使LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像并将半透光单元覆盖于LCD屏背光面使光源照射光透过LCD屏透光块照射于半透光单元产生光斑矩阵状态图像；
SF02、控制单元通过图像拍摄单元获取半透光单元背光面上显示的光斑矩阵状态图像并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值；
SF03、控制单元判断光斑矩阵状态图像的所有初始灰度值的平均灰度值是否低于预设阈值；如果判断平均灰度值低于预设阈值，则进行步骤SF10；如果判断平均灰度值不低于预设阈值，则进行步骤SF04；
SF04、控制单元通过移动存储设备或网络或计算机输入待打印图形的灰度掩膜切片图像并获取灰度掩膜切片中每个切片图像所有像素的掩膜全屏灰度值；
SF05、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值最多的整值作为第N参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N参考值，再将各个初始灰度值减第N参考值得到第N灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表；
SF06、控制单元根据标定像素点对应得到的各个灰度补偿差值在XY方向进行图像缩放并运用插值补偿算法求得全屏所有像素灰度差值插补值；
SF07、控制单元将每个灰度掩膜切片图像所有像素点的掩膜全屏灰度值对应减去各个灰度差值插补值得到全屏所有像素全屏优化灰度值并形成全屏优化灰度表；
SF08、控制单元判断各个全屏优化灰度值是否都大于或等于预设值；如果判断出各个全屏优化灰度值中存在小于预设值的数值，则执行步骤SF11；如果判断出各个全屏优化灰度值都大于或等于预设值，则进行步骤SF09；
SF09、控制单元根据得到的每个灰度掩膜切片图像全屏优化灰度值对各个切片掩膜图像进行固化打印，之后进入执行步骤SF12；
SF10、手动调节或控制单元调节增强3D打印机光源照射强度使半透光单元背光面增亮，之后进入执行步骤SF02；
SF11、控制单元对各个初始灰度值取整并提取同值第N多的整值作为第N+1参考值，出现两组同值数最多的整值则在两组同值数中选取更大的整值作为第N+1参考值，再将各个初始灰度值减第N+1参考值得第N+1灰度补偿差值并形成灰度补偿差值表，之后进入执行步骤SF06；
SF12、流程结束。
7.根据权利要求1-6任一所述的均光优化补偿方法，其特征在于，所述灰度值进行差值计算时，对于差值计算中得到的负数全部置零；所述插值补偿算法采用最近邻点插值算法、或双线性内插值算法、或双三次内插值算法、或自然邻点插值算法、或加权平均插值算法、或距离倒数加权插值算法、或高阶插值算法、或拉格朗日插值算法、或牛顿插值算法。
8.根据权利要求1-6任一所述的均光优化补偿方法，其特征在于，所述待打印图形的灰度掩膜切片图像为经切片软件处理后的用于打印3D模型的多层灰度掩膜切片图像。
9.根据权利要求1-6任一所述的一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法所采用的均光优化补偿装置，其特征在于，包括：控制单元、图像拍摄单元、LCD屏、光源、半透光单元；LCD屏载入标定像素坐标点透光块矩阵图像；所述半透光单元覆盖于LCD屏的背光面；光源发出的照射光透过LCD屏透光块矩阵图像照射于半透光单元，并利用光源的UV紫外光与可见光混合后的可见特性以及半透光单元的柔光漫反射特性在其背光面形成半透光光斑矩阵状态图像；所述图像拍摄单元利用其拍摄功能拍摄获取光斑矩阵状态图像并送至控制单元，由控制单元提取光斑矩阵状态图像中各个光斑中像素点的灰度值并以图像中每个光斑内各像素点灰度值的平均值作为各标定像素坐标点初始灰度值。
10.根据权利要求1-6任一所述的一种LCD光固化3D打印均光优化补偿方法所采用的均光优化补偿装置，其特征在于，所述半透光单元采用半透明纸、或薄页纸、或柔光纸、或柔光膜、或柔光布、或柔光板、或硫酸纸、或拷贝纸、或牛油纸、或哑光膜、或蝴蝶布、或耐温胶片膜、或半透明的亚克力板；所述光源采用UV点光源、或UV矩阵光源；所述光斑矩阵状态图像中光斑的形状为圆形、或方形。
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