CN115837747B - 用于光源模组拼接的标定方法、投影方法及3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光源模组拼接的标定方法、投影方法、3D打印方法、标定装置、3D打印机和计算机可读存储介质,所述光源模组至少为2个,该标定方法包括:对各所述光源模组分别进行光学标定处理;经光学标定处理后的光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;基于所述拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行标定精度检验。本发明实施例通过对光源模组拼接过程进行标定处理,可以避免拼接时产生拼接纹路和像素信息的紊乱,从而解决光源模组拼接产生的拼接缺陷问题,提高投影效果和3D打印效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统技术领域,特别涉及用于光源模组拼接的标定方法、投影方法及3D打印方法。
背景技术
常用的数字化光处理3D打印技术是DLP(Digital Light Processing,数字光处理)技术和LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示器)技术。DLP技术是由美国德州仪器公司开发,通过DMD(Digital Micromirror Device,数字微镜设备)调制输出的照明面光源,投影到接收屏幕上成像,输出需要曝光的图形。其中,DMD器件是DLP的基础,一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关。LCD技术于此类似,通过LCD屏幕内的液晶层调制输出的光线,显示出需要曝光的图像。
德州仪器的DMD器件对于调制光源的光功率有使用上限,且随着投影幅面的增加投影的精度会逐渐降低。使用DLP技术的3D打印设备有最大幅面的限制和最大打印精度的限制。
为了解决此类问题,现有技术有尝试将DLP光机投影的幅面拼接在一起使用,但是光机的光学系统含有光学像差,生硬的将多个DLP光机投影幅面拼接在一起,会造成幅面边缘的信息丢失,3D打印领域使用会有接缝、凸起等拼接缺陷,影响打印件的使用。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于光源模组拼接的标定方法、投影方法、3D打印方法及标定系统,旨在解决多光机拼接产生的拼接缺陷问题,提高投影效果和3D打印效果。
第一方面,本发明实施例提供了一种用于光源模组拼接的标定方法,光源模组至少为2个,包括:
对各光源模组分别进行光学标定处理;各光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
基于拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验。
第二方面,本发明实施例提供了一种投影方法,光源模组至少为2个,包括:
根据各光源模组的投影区域,对待投影的切片图像进行分割处理,得到多个分割图像;
对分割图像的拼接重叠区域进行图像信息渐变处理,并将处理后的分割图像分别传输给对应的光源模组;其中,各光源模组为经如上述任一项标定方法进行标定得到。
第三方面,本发明实施例提供了一种3D打印方法,包括:
对三维数据模型进行切片处理,得到若干切片图像;
按照预设切片图像的投影顺序,对各切片图像依次执行如上述任一项投影方法。
第四方面,本发明实施例提供了一种用于光源模组拼接的标定装置,光源模组至少为2个,包括:
标定装置,用于对各光源模组分别进行光学标定处理;各光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
校验装置,用于在拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验。
第五方面,本发明实施例提供了一种3D打印机,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现如上述任一项方法的步骤。
第六方面,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项方法的步骤。
本发明实施例提供了一种用于光源模组拼接的标定方法、投影方法、3D打印方法、标定装置、3D打印机和计算机可读存储介质,光源模组至少为2个,该标定方法包括:对各光源模组分别进行光学标定处理;各光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;基于拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验。本发明实施例通过对光源模组拼接过程进行标定处理,可以避免拼接时产生拼接纹路和像素信息的紊乱,从而解决光源模组拼接产生的拼接缺陷问题,提高投影效果和3D打印效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于光源模组拼接的标定方法的第一流程示意图;
图2为本发明实施例提供的一种用于光源模组拼接的标定方法的第二流程示意图;
图3为本发明实施例提供的将各光源模组进行物理拼接步骤的流程示意图;
图4为本发明实施例提供的用于光源模组拼接的标定方法中所涉及设备的示例示意图;
图5为本发明实施例提供的一种用于光源模组拼接的标定方法中物理拼接的定位框图的示例示意图;
图6为本发明实施例提供的对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验的步骤的流程示意图;
图7为本发明实施例提供的用于光源模组拼接的标定方法中标定工具的示例示意图;
图8为本发明实施例提供的对各光源模组分别进行光学标定处理的步骤的流程示意图;
图9为本发明实施例提供的一种用于光源模组拼接的标定方法中标准投影图;
图10为本发明实施例提供的获取投影识别点和标定识别点基于同一坐标系的间距的步骤的流程示意图;
图11为本发明实施例提供的一种投影方法的流程示意图;
图12为本发明实施例提供的对三维数据模型进行切片处理的步骤的流程示意图;
图13为本发明实施例提供的物理拼接效果图;
图14为本发明实施例提供的一种用于光源模组拼接的标定装置的示意性框图;
图15为本发明实施例提供的打印面和成型平台的结构示意图;
图16为本发明实施例提供的打印面和成型托盘的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解,在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
打印面定义:光机将投影图像照射在打印面后,在该界面上对可光固化液体进行固化,得到与投影图像轮廓相匹配的固化片材。举例而言,对于上投影的面曝光式光固化3D打印,打印面为可光固化液体的液面位置;对于下投影的面曝光式光固化3D打印,打印面位于料盘底部。需要提醒的是,本文中所称的打印面只是相对于光机而言的一个位置方位,在确定该打印面时,一方面可参考实际打印机的部分零部件(如料盘1、成型平台/成型托盘2、光源3、料槽树脂液4、打印面40,如图15和图16所示)的位置,其中,图15为下投影的3D打印机,图16为上投影的3D打印机。在打印机上快速识别出打印面位置来确定;另一方面,若缺少前述零部件,也可根据前述零部的位置数据信息来确认打印面的位置数据信息。
请参考图1,其示出本申请实施例提供的一种用于光源模组拼接的标定方法,光源模组至少为2个,如图1所示,该标定方法包括以下步骤:
S110,对各光源模组分别进行光学标定处理;经光学标定处理后的光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
其中,光源模组可以为本领域任意一种能够将曝光图像信息进行显示的显示组件,具体可以为能够显示该曝光图像信息的激光显示设备,也可以为能够投影该曝光图像信息的投影设备,例如可以为DLP投影模组、LCD投影模组、LCOS(Liquid Crystal OnSilicon,硅上液晶)投影模组、OLED投影模组、Micro-Led(micro light emitting diode,微发光二极体)模组、Mini-Led(mini light emitting diode,次毫米发光二极体)模组、LCD模组、OLED模组和SXRD(Silicon X-Tal Re-Flective Display,硅晶反射显示器)投影模组中的任意一种或任意组合,还可以为Micro-oled模组或Mini-oled模组。光学标定是指将光源模组显示的图像进行校正的处理方式。
具体的,光源模组的数量可以为2个及2个以上,其拼接的方式可以基于任一光源模组进行二维扩展拼接,也可以基于任一光源模组进行一维扩展拼接。举例而言,若光源模组的数量为4个,二维扩展拼接指的是在任一光源模组的横向、纵向和对角线方向均拼接有一个光源模组。而一维扩展拼接指的是在任一光源模组的横向或纵向依次拼接有三个光源模组。需要说明的是,上述横向、纵向和对角线方向仅用于示例性说明,并不构成对一维扩展拼接和二维扩展拼接的限制性说明。
上述投图区域可以指投影在打印面的投图区域,也可以指投影在标定工具上的投图区域。换言之,投图区域存在拼接重叠区域,从实际显示情况而言,可以是指多个光源模组在打印面上的投图区域互相重叠,也可以指多个光源模组在标定工具上的投图区域互相重叠。光源模组的投图区域在光学标定处理前后,均可以存在拼接重叠区域。
S120,基于拼接重叠区域,对经光学标定后处理的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验。
其中,标定精度检验为对拼接产生偏差进行校验,也即标定检验。
具体而言,基于各光源模组在拼接重叠区域的重叠投影特征点或投影特征点与标准点位的差距,可以确认标定精度。在一个具体示例中,可以根据重叠投影特征点的中心坐标与标定工具上光刻点(或称标定点、标定识别点)的偏差,确定标定精度。在另一个具体示例中,可以根据各重叠投影特征点的形状,确定标定精度。在另一个具体示例中,还可以根据投影特征点的重合比例确定标定精度;在另一具体示例中,还可以根据投影特征点与标准位置的偏差(或坐标差值),从而检验拼接区域构造的重叠标定识别点的重合精度,进而反应标定精度。需要指出的是,以上几种标定精度检验的方式仅仅是本申请实施例提供的示例性的方式,实际应用中,凡能实现对经光学标定后处理的各光源模组进行标定精度检验的方式均应包含在本申请的保护范围之内。进一步地,在标定精度检验不合格的情况下,转至执行步骤S110的步骤进行重新标定。
上述标定方法,通过对光源模组拼接过程进行光学标定处理,可以避免拼接时产生拼接纹路和像素信息的紊乱,从而解决多光源拼接产生的拼接缺陷问题,提高投影效果和3D打印效果。通过本实施例的方案,使得标定拼接后的偏差在一个像素以内。此外,本实施例不仅适用于3D打印行业,在其他涉及到DLP技术的行业也可以使用,例如,对于UV波段的DLP光机,或者其他不同波段的DLP技术中,均可以采用本实施例提供的标定方法进行图案拼接。对于无边框、可叠加显示的显示技术,例如LCD液晶投影技术、Lcos投影技术、SXRD投影技术,显示的画面也可使用本实施例提供的标定方法进行拼接。也就是说,光源模组可以为DLP投影模组、LCD投影模组、OLED投影模组、LCOS投影模组、Micro-Led模组、Mini-Led模组、LCD模组、OLED模组、或SXRD投影模组。还需要指出的是,在具体的应用场景中,光源模组可以具体为光机。经过以上标定方法,标定拼接后的偏差在1像素以内,整体投影图像的精度达到亚像素级。
请参考图2,其示出了另一种标定方法所涉及到的流程图,如图2所示,该标定方法包括:
对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验之前,还包括:
S210,将各光源模组进行物理拼接,以使各光源模组的投图区域满足预设投光幅面要求。
其中,物理拼接是指改变光源模组的投图区域,例如可以采用移动光源模组或移动反射镜的方式使其投图区域发生改变。
具体的,可以通过本领域任意手段对各光源模组进行物理拼接,例如可以设置用于标定的位姿调节机构,以对各光源模组进行物理拼接。每一个位姿调节机构均包含可XYZ轴平移和整体水平、旋转角度的光源调整结构。预设投光幅面要求可以为投图区域需要满足的位置要求、尺寸要求等。例如,移动光源模组使得投图区域叠加后可以完全覆盖打印面的区域。又如,移动光源模组使得投图区域叠加后与光学标定处理中标定工具的标定区域相同。
S220,对各光源模组分别进行光学标定处理;经光学标定处理后的光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
S230,基于拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验。
本实施例中,对待进行光学标定的多个光源模组进行物理拼接,然后使用标定板对完成物理拼接后的多个光源模组进行畸变像差的标定,即对每一光源模组进行标定,以及对整体的光源模组进行标定检验。经物理拼接后的偏差在10像素以内。在标定之前进行物理拼接,使各光源模组的投图区域满足预设投光幅面要求,可以使得各光源模组在标定过程中减少损失的像素。
需要说明的是,步骤S210和步骤S220在其他实施例中的执行顺序可以互换。具体来说,步骤S210中的物理拼接可以通过人眼观察来对光源模组的位置和/或投影尺寸进行调节,精度比不上步骤S220中的光学标定,因此按照常规操作是先进行粗调再做精调。而且在光学标定的步骤中,使用全幅面标定板的好处是,既校正了光学畸变,又对投影幅面的位置(投影区域的位置)进行了微调,因为每个光机都是基于同一个标定坐标系下完成了光学标定。
然而,如果先对光源模组进行光学标定(主要是对各个光源的光学畸变进行校正),然后再进行物理拼接,那么会由于物理拼接精度有限,接下来的步骤还需要再将各个光源模组对应的投影幅面的位置(投影区域的位置)进行精调,将像素点坐标系或投影特征点的坐标系转换至同一坐标系。也就是说,在物理拼接后,还需要再进行一次光学标定,只是这次光学标定实现的一个目的是对素点坐标系或投影特征点的坐标系的平移。综合来看,将步骤S210置于步骤S220之前比步骤S220置于步骤S210之前会更加方便。
请参考图3,其示出了将各光源模组进行物理拼接的流程图,该步骤包括:
S310,调整各光源模组的水平位置,以使光源模组的第一特征图像边界与标定工具边框的间距满足第一预设距离,且各光源模组投影的第二特征图像与辅助图像的间距满足第二预设距离;其中,标定工具设于打印面上,辅助图像设于标定工具上。
其中,标定工具用于光机标定,例如可以为标定板等。
具体的,在打印区放置一预设的标定工具(定位图框),并基于定位图框,对光源模组进行投影调节,使光源模组的投影待拼接幅面可透过定位图框进行观察,且定位图框内有辅助调节图案(即上述辅助图像);设置光源模组投影与定位图框轮廓一致的第一特征图像,第一特征图像为定位图像,具体可以为全白图像,通过光源调整机构调节光源模组的水平位置,如调节光源模组的水平位移和旋转角度,使光源模组的第一特征图像的边界与定位图框的间距满足第一预设距离,其中,第一预设距离可以为根据实测需求得到的任意数,例如可以为0,也即光源模组的第一特征图像的边界与定位图框重合。将每一光源模组投影的定位图像更换为与定位图框内辅助调节图案相对应的特征图像,并调节每一光源模组的水平位移和旋转,使每一光源模组的特征图像的边界(或投图区域边界)与定位图框(或标定工具边框)的间距满足第二预设距离,其中,第二预设距离可以为根据实测需求得到的任意数,例如可以为0,也即每一光源模组的特征图像的边界(或投图区域边界)与定位图框(或标定工具的边框)重合。
本实施例中,如图4所示,使用光源调整结构10,调整光源模组20的位置,光源模组20的位置参数包括以下的一种或多种:
光源模组20的水平面位置、光源模组20的竖直高度、光源模组20绕X轴的旋转角度、光源模组20绕Y轴的旋转角度、光源模组20绕Z轴的旋转角度。
具体地,通过将每一台待拼接的光源模组20与打印面调整到平行的位置。再调节所有光源模组的距离与打印面的整体距离,得到所需打印精度的幅面。光源调整机构可通过机械结构设计实现,实际操作中,一方面可人工手动操作光源调整机构,另一方面,可以将光源调整机构设置成由电气元器件(如电机)驱动,通过调节电气元器件的输入信号,控制光源调整机构,进而调节光源模组位置。通过调节光源模组20的位姿状态,可以使得光源模组20向打印面30投射的图像的位置发生变化。进一步的,在打印面上还设置有标定工具40,通过设置拍摄模组50可以获取打印面40的图像,该图像对应的图像信息可以包括标定工具40上的标定识别点的位置信息以及光源模组20的投影特征点的位置信息。
结合图5,将预先设置的标定工具(可以为定位图框)放置于打印区,可以将标定工具的幅面范围划分为多个光源模组的定位图框,例如图中光源模组A的定位图框410,光源模组B的定位图框420,光源模组C的定位图框430,光源模组D的定位图框440。每一光源模组的投影待拼接幅面可透过标定工具40进行观察且标定工具内有辅助调节图案401。然后使每一光源模组20分别投影出与标定工具轮廓一致的定位图像,具体为全白图像,对应分别调节每一光源模组的水平位移和旋转,目测使每一光源模组20的全白图像边界与标定工具的边框重合,再更换投影图像,使每一光源模组20投影出与标定工具内辅助调节图案401相对应的特征图像,并微调每一光源模组20的位置,目测使特征图像与辅助调节图案重合,完成物理拼接调节。
在具体操作中,各光源模组对应的定位图框可以是整合为一个覆盖面积与拼接后幅面面积一致的大型全幅面定位图框,这样在对各光源模组的位置进行调节时,都是基于同一现实坐标系进行的。当然,各光源模组对应的定位图框也可以是独立的,在对某光源模组进行物理拼接的调节操作时,提供该光源模组所对应定位图框。辅助调节图案主要用于对光源模组位置进行微调,辅助调节图案可任意设计,例如点阵、规则或不规则排列的图形组合、线条、字符、多边形、不规则图形等,本申请不做限定,而为进行示例性解释,参考图5,本实施例中辅助调节图案为规则排列的点。
定位图框可以成型在可透光、部分透光或不可透光的板件或片材上,只要光源模组的投影图可与定位图框同时被观察即可。
在具体实施例中,经过物理拼接后的光机偏差约为10像素以内(此处像素暂时看作是尺寸单位)。
在其中一个实施例中,调整各光源模组的水平位置之前,还包括:
S300,调整各光源模组相对于打印面的水平度,以及各光源模组与打印面的垂直距离,以使光源模组的投光幅面达到预设尺寸。
具体的,预设尺寸可以相对应任一个光源模组的投光幅面而言,也可以相对应所有光源模组共同形成的投光幅面而言。在一个具体示例中,调整每一待拼接的光源模组,使其水平面与打印面满足预设的平行度要求,然后调节所有光源模组与打印面的整体距离,使所有光源模组的整体投影作为所需打印精度的幅面。需要说明的是,打印精度指的是投光幅面的像素大小,而在同一分辨率下,像素大小决定着幅面的大小。
在一个实施例中,该用于光源模组拼接的标定方法,还包括:
调节经光学标定处理后的光源模组的投光幅面,以使各投光幅面基于基准幅面的偏转角度和偏移量满足第一预设要求。在一个具体示例中,第一预设要求包括各投光幅面基于基准幅面的偏转角度间的差值处于第一预设范围,且各投光幅面基于基准幅面的偏移量间的差值处于第二预设范围。
其中,基准幅面可以根据实际情况进行指定,例如可以采用标定工具上标记识别点组成的幅面作为基准幅面。
具体而言,可以通过任意手段去调节投光幅面的位置。在对各光源模组进行光学标定处理后,各光源模组的投影特征点与标定识别点均存在特定的相对位置关系(也即存在一个特定的偏转角度和偏移量),而每一个光源模组对应的相对位置关系可能存在不同,因此需要将各光源模组对应的偏转角度和偏移量进行调节,以使得各投光幅面基于基准幅面的偏转角度间的差值处于第一预设范围,且各投光幅面基于基准幅面的偏移量间的差值处于第二预设范围。进一步的,第一预设范围和第二预设范围均可以包括零,也即各投光幅面基于基准幅面的偏转角度相同,偏移量也相同。
请参阅图6,其示出了对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验的示意图,该步骤包括:
S610,获取投影特征点的第一当前位置,以及与投影特征点对应的第一标准位置;其中,投影特征点为经光学标定处理后的各光源模组向打印面投影形成;
其中,与投影特征点对应的第一标准位置可以通过标定工具进行确认,如标定工具上的光刻点。
具体的,第一标准位置和第一当前位置可以由本领域任意手段获取,例如可以采用图像识别的手段进行识别获取。在一个具体示例中,获取投影特征点的当前位置,以及与投影特征点对应的标准位置,包括:获取打印面的图像信息;其中,打印面上设有标定工具;标定工具上设有用于表征标准位置的标定识别点;根据图像信息,确定第一当前位置和第一标准位置。
S620,根据第一当前位置和第一标准位置,确定经光学标定处理后的各光源模组对应的偏转角度和偏移量;
具体而言,经光学标定处理后的各光源模组对应的偏转角度和偏移量是指,每一个光源模组经标定后的投影特征点相较于标定工具上的标记识别点的偏转角度和偏移量。
S630,在各偏转角度及各偏移量满足第二预设条件的情况下,确定标定成功。
其中,第二预设条件包括各偏转角度间的偏差处于第三预设范围,各偏移量间的偏差处于第四预设范围。第三预设范围和第四预设范围可以包括零,也即各光源模组对应的偏转角度相同,对应的偏移量也相同,以此满足不同光源模组的拼接的要求。进一步的,第一预设条件还包括任一光源模组对应的偏移量处于对应的预设区间,也即针对于每一个光源模组而言,其偏移量需要在一预设区间内,以满足单独对于每一个光源模组的标定的要求。
具体的,所有光学模组投影特征图至标定板,重新对每个区域的单光学模组进行标定检验。拼接重叠区域的投影特征点会无序重合,构造出一个重叠的投影特征点,重叠后的投影特征点相对识别点的坐标位置受每一个单光学模组标定后的投影特征点影响,据此判定整体拼接后的标定误差。根据单光学模组的投影区域对应分割全幅面标定识别点图,每个分割区域与之前单光学模组标定对应的区域一致。重复单个光学模组的标定,可获取单个光学模组拼接重叠区域的标定识别点坐标与光刻点的坐标差值,从而检验拼接区域构造的重叠标定识别点的重合精度。
在一个实施例中,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验,包括:
获取重叠投影特征点的第二当前位置,以及与重叠投影特征点对应的第二标准位置;其中,重叠投影特征点为经光学标定处理后的各光源模组在拼接重叠区域投影得到;
具体的,可以通过图像识别的方式进行位置获取。在一个具体示例中,获取投影特征点的当前位置,以及与投影特征点对应的标准位置,包括:获取打印面的图像信息;其中,打印面上设有标定工具;标定工具上设有用于表征第二标准位置的标定识别点;根据图像信息,确定第二当前位置和第二标准位置。
在第二当前位置和第二标准位置的偏差值满足第二预设条件的情况下,确定标定成功。进一步的,在第二当前位置和第二标准位置的偏差值不满足第二预设条件的情况下,则对各光源模组重新进行光学标定处理。
具体的,在打印面放置标定板,设置待检验的光源模组、与待检验的光源模组的相邻光源模组向标定板投影部分或整幅标准投影图,待检验的光源模组的拼接区域内的投影标识点重叠以形成至少1个重叠投影特征点;
获取打印面的拍摄图像,拍摄图含有待检验的光源模组的拼接区域的重叠投影特征点以及标定识别点;
获取图像坐标系中重叠投影特征点坐标与标定板上的标定识别点坐标的差值;
若差值超过预设误差阈值,则需要对待检验的光源模组进行重新标定。
本实施例中,每一光源模组标定完成后,对每一光源模组进行标定精度检验。标定板重新放置在打印面上,待检验的光源模组、与待检验的光源模组的相邻光源模组向标定板投影部分或整幅标准投影图,对待检验光源模组进行标定检验。
首先将相邻标定区域的接触边缘设置为标定拼接区域,当相邻的光源模组一起投影标准投影图时,标定拼接区域内的投影特征点会无序重叠,构造出重叠投影特征点,该重叠投影特征点相对标定识别点的坐标位置受每一光源模组标定后的投影特征点影响,据此判定整体拼接后的标定误差。
若拼接成功,标定拼接区域内的重叠投影特征点会与没有发生重叠的投影识别点一样,即投影识别点的图案与重叠投影特征点的图案一致,重叠投影特征点的坐标和标定点坐标的差值会非常小或小于预设的误差阈值。若拼接失败,则标定拼接区域内的重叠投影特征点的图案会与没有发生重叠的投影识别点图案不一致,举例而言,若常规的投影识别点图案为正方形,则重叠投影特征点图案则变为长方形、多边形、不规则图形等,若常规的投影识别点图案为圆形,则重叠投影特征点图案则变为椭圆形或明显非圆形状的图形,总之重叠投影特征点图案的中心(具体可选自重心或质心)坐标相较于原来的投影识别点坐标发生偏移,因此重叠投影特征点的坐标和标定点坐标的差值会非常大或超过预设的误差阈值。
标定检验中主要是识别标定拼接区域内的重叠投影特征点,因此待检验的光源模组、与待检验的光源模组的相邻光源模组向标定板投影部分的标准投影图,只要确保拼接区域内形成重叠投影特征点即可。当然,为了操作方便,可以待检验的光源模组、与待检验的光源模组的相邻光源模组投影整幅标准投影图,进一步地,可以是全部光源模组一起投影整幅标准投影图。
拼接后的光源模组整体投影出标准投影图以后,继续对每一光源模组的标定结果进行标定检验,该步骤可以确认构造的重叠标定特征点的重合精度。具体地,投影识别点与标定板上的光刻点(即标定识别点)一一对应,同理,每个重叠标定特征点也有对应的标定识别点。根据每一光源模组的标定区域对应分割打印面拍摄图像(具体为标定板图像),每个分割区域与每一光源模组对应的标定区域一致。如此,可获取每一光源模组在标定拼接区域的重叠标定特征点与标定识别点的坐标差值,从而检验拼接区域构造的重叠标定识别点的重合精度。其中,预设误差阈值可以为0.5像素、1像素或0-1像素之间的任意值。
若差值超过预设误差阈值,则需要对待检验的光源模组进行重新标定,若差值小于预设误差阈值,则证明标定结果满足重合精度。
经过以上操作,标定拼接后的偏差在1像素以内,整体投影图像的精度达到亚像素级。
在一个实施例中,对各光源模组分别进行光学标定处理,包括:
采用位于同一坐标系下的标定工具对各光源模组分别进行光学标定处理,或,
采用同一标定工具对光源模组分别进行光学标定处理;其中,标定工具的覆盖范围大于或等于各光源模组拼接得到的投光幅面。
其中,标定工具可以为标定板。
具体地,所有光源模组的标定在同一块标定工具进行,如图7(a)、图7(b)所示,标定工具10上设有标定识别点100,标定工具10的覆盖范围大于或等于拼接后的幅面,其中图7(a)为四个光源模组进行拼接且拼接重叠区域包括1个标定识别点的拼接方式,而图7(b)为n个光源模组进行拼接且拼接冲抵区域包括n个标定识别点的拼接方式,需要说明的是,图7(b)中每一个光源模组的标定区域均存在拼接重叠区域。图7(a)和图7(b)示出了光源模组A的标定区域200、光源模组B的标定区域300、光源模组C的标定区域400和光源模组D的标定区域500,各光源模组的标定区域之间存在拼接重叠区域600。因此在每个光源模组的标定过程中,标定识别点矩阵都会在同一坐标系中,因此在后续的标定检验步骤中无需将各光源模组对应的像素点坐标系或投影特征点矩阵坐标系转换到同一坐标系中,使得标定方法更加简便快捷。需要说明的是,也可以采用位于同一坐标系下的多个标定工具进行光学标定处理,可以使得每一标定工具的标记识别点(光刻点)的坐标是可以确定的。
而在其他实施例中,也可以使用面积比本实施例标定板小的多块小型标定板,小型标定板的覆盖范围与单个光源模组的投影幅面一致,在对不同光源模组进行标定时,需要根据当前所标定光源模组的投影位置,对小型标定板的位置进行调整。而在后续的标定检验步骤中需要对各光机对应的像素点坐标系或投影特征点的坐标系转换至同一坐标系。
请参阅图8,其示出了对各光源模组分别进行光学标定处理的示意图,该步骤包括:
S810,获取投影识别点和标定识别点基于同一坐标系的间距;其中,投影识别点为光源模组向对应的投图区域投射预设图像得到;对应的投影区域上设有标定工具;标定工具上设有标定识别点;
其中,标定识别点和投影识别点的位置可以是错开的。理想投影图是由投影点组成的点阵图,标定板上也设有对应的点阵图。为了更好地识别标定点和投影点,标定板和实际投影图的位置是错开的。
具体的,基于同一坐标系下的间距也即要将投影识别点和标定识别点中的一个或两个进行旋转平移至同一坐标系下后,计算得到该间距。
S820,基于间距对各光源模组进行标定。
具体而言,基于间距对各光源模组进行标定,也即对待投影图像进行反向畸变处理,包括:将间距换算为像素坐标系中的偏移量,并基于偏移量对各光源模组进行标定。将间距换算为像素坐标系中的偏移量包括:基于间距构建对应的间距值矩阵,并将间距值矩阵中的各参数与像素坐标系进行关联;对间距值矩阵进行拟合运算,得到目标矩阵;基于目标矩阵、像素坐标系的元素坐标位置信息和单位像素点对应的物理尺寸,得到偏移量。得到偏移量的步骤中,基于以下公式得到偏移量:
C1=C0+T’0P’
其中,C1为偏移量,C0为元素坐标位置信息,T0’为目标矩阵,P’为单位像素点对应的物理尺寸。
本实施例中,参考图9,预设图像划分为若干网格区域并将每一网格区域的顶点显示为投影识别点,网格为多边形网格,具体为矩形方格,对于每一光源模组投影的预设图像,将其划分为(m-1)*(n-1)个方格区域,并将每一方格区域的四角点位作为投影识别点,即含有m*n个投影识别点。同时,每个相邻的光源模组的投影图像幅面之间有重叠的区域,重叠区域大小为对应方向方格区域的整数倍,相邻光源模组间的拼接区域会有投影识别点重叠的情况,重叠(拼接)的方向包括m*n投影识别点阵中的横向和/或纵向方向,换言之,每个光源模组的标准投影图像的横向边缘有整数行的投影识别点组与横向相邻的其他光源模组的投影识别点组重叠,同时或不同时地,每个光源模组的标准投影图像的纵向边缘有整数列的投影识别点组与纵向相邻的其他光源模组的投影识别点组重叠。对于每一光源模组的投影重叠区域,含有以上的一个方向、两个方向、三个方向或四个方向的重叠区。
光学标定处理(或称标定作业)是对每一光源模组单独投影标准投影图像进行,参考图7,在本实施例中多个光源模组的标定都是基于同一个标定板进行的,优选地,标定板放置在打印面后保持不动,标定板上对应各光源模组划分有多个标定区域,每个光源模组的投影识别点会与该光源模组的对应标定区域内的标定识别点一一对应。可以理解,相邻光源模组的标定区域之间会有拼接区域。
请参阅图10,其示出了获取投影识别点和标定识别点基于同一坐标系的间距的示意图,该步骤包括:
S1010,获取投图区域的图像;
具体的,在打印面放置标定板,标定板对应待标定的光源模组划分有标定区域;设置待标定的光源模组向标定板的标定区域(或称投图区域)投影标准投影图,标定投影图设有投影识别点。获取投图区域的图像可以采用任一图像采集设备进行采集得到。获取打印面(也即投图区域)的拍摄图像,拍摄图像含有投影识别点以及标定识别点。
S1020,基于图像中的投影识别点和标定识别点,构建投影识别点矩阵和标定识别点矩阵;
S1030,将投影识别点矩阵和标定识别点矩阵转换为同一坐标系,并计算投影识别点和标定识别点基于同一坐标系的间距。
具体而言,对投影点矩阵和/或标定点矩阵进行旋转平移,然后计算投影识别点和标定识别点在图像坐标系中的间距。该同一坐标系指的是图像坐标系。
本实施例中,在将间距换算为像素坐标系中的偏移量之前,首先确定经过旋转平移后的标定点矩阵和投影点矩阵:
P’1=R1P1;P’2=R2P2
其中,P'1为旋转后的标定识别点,P'2为旋转后的投影识别点;R1和R2均为旋转矩阵参数。
对于旋转操作,原理如下:
对应矩阵运算方式:
其中:
旋转操作中,偏转角度θ的计算可通过斜向的取点、水平方向的取点或竖直方向取点的方式进行夹角计算(相当于取斜线、横线或直线,计算线段的偏转角度)。
完成旋转操作后,计算间距值T0。T0的计算方式为P'2-P'1-T',表示标定识别点与投影识别点在图像坐标系中的间距值,并得到如下T0矩阵:
T'的由来是取自于畸变量最小的区域(当前是默认中间区域为畸变最小的,当然也可通过最小二乘法对整个区域进行计算,找出实际畸变最小的区域)。减去T'的相当于对矩阵进行平移操作。
接着,需要对T0矩阵中的各个参数与像素坐标系进行关联。本实施例通过拟合运算可得到结果T'0(即目标矩阵),其矩阵大小与图像的分辨率大小一致,结果中存储的是对图像中所有像素点的偏移量计算。
(其中j,k分别对应图像的分辨率长宽值)
举例而言,结合目前市面上的光源模组分辨率情况,j×k可以为1920×1080、2560×1440、3840×2160等。
最终可计算得到图像中所有像素点在像素坐标中的位置信息,即C1=C0+T'0P'。
其中:
这里面,C0为图像的元素坐标位置信息,P'为单位像素点对应的物理尺寸。
在对所有光源模组完成标定后,可以得到所有标定区域像素点的位置信息:
(f、e表示单光机阵列的行列数);
每个光源模组投影区域以标定板内的标定识别点作为基准坐标系,标定后每个投影识别点与标定识别点的坐标一致。并且由于是共用一块标定板,每一光源模组区域经标定后可实现亚像素级别的拼接。
请参阅图11,其示出了一种投影方法的示意图,该方法包括:
S1110,根据各光源模组的投影区域,对待投影的切片图像进行分割处理,得到多个分割图像;
具体的,每一个分割图像均包括与相邻分割图像共有的拼接重叠区域。分割图像与投影区域的大小可以为一致。
S1120,对分割图像的拼接重叠区域进行图像信息渐变处理,并将处理后的分割图像分别传输给对应的光源模组;其中,各光源模组为经如上述的标定方法进行标定得到。
其中,图像信息用于反应图像的特征,可以采用矩阵形式体现,例如可以为灰度、照度、光强度等相关参数。
具体的,可以按照拼接区域边缘的标定识别点进行设置图像拆分边界;
基于图像拆分边界对每一光机投影图像边缘进行灰度处理,使每一光机在拼接重叠区域的投影图像的图像信息为阶梯渐变。例如图像信息值往靠近拼接区域边缘的方向(分割图像的内侧向边缘侧)递减;图像信息值往靠近拼接区域边缘的方向递增等符合渐变的形式。需要说明的是,该渐变并非仅限于递增或递减,也可以有其他渐变形式,上述两种渐变形式仅用于进行示例性说明。
在一个具体示例中,对分割图像的拼接重叠区域进行图像信息渐变处理,包括:对任一分割图像的拼接重叠区域进行图像处理,以使拼接重叠区域根据图像信息分为若干子区域;各分割图像在子区域的图像信息叠加值落入预设范围。
具体的,拼接重叠区域可以被分为若干个子区域,对于要进行拼接的N个分割图像而言,任一子区域在所有分割图像均有相对应的子区域与其重叠。该N个分割图像的N个重叠子区域的图像信息叠加值落入预设范围。预设范围内可以包含多个值,也可以仅为一个值。以8位图像的灰度为例,叠加灰度值可以设定为0-255之间,也可以设置为大于255的值,例如为260。将叠加灰度值设置为大于255,可以进一步减小光机点亮时刻的间隔对拼接所带来的影响。上述投影方法也可以依据标定基准分割所需投影整体的图像,对分割后的图像边缘做算法处理,优化标定后的亚像素级缺陷,使拼接区域与非拼接区域打印平滑过渡,实现无痕拼接的效果。
在一个具体示例中,在拼接重叠区域对应的光源模组的数量为第一预设数量时,任一拼接重叠区域的图像信息值沿第一方向呈阶梯递减,沿第二方向保持不变;第一方向为分割图像的拼接方向,且为分割图像的内侧向边缘侧的方向;第一方向和第二方向垂直;
在拼接重叠区域对应的光源模组的数量为第二预设数量时,任一拼接重叠区域的图像信息值沿第一方向呈阶梯递减;其中,第二预设数量大于第一预设数量。
其中,两个分割图像沿着该拼接方向重合在一起,并形成拼接重叠区域。
具体的,拼接重叠区域对应的光源模组的数量是指向拼接重叠区域投影的光源模组的数量。在进行一维拼接时,拼接重叠区域对应的光源模组的数量为2个。在进行二维拼接时,则存在对应的光源模组的数量为4的拼接重叠区域,以及对应的光源模组的数量为2的拼接重叠区域。第一预设数量可以为2,第二预设数量可以为4。
在拼接重叠区域对应的光源模组的数量为第一预设数量(例如为2)时,也即拼接重叠区域对应2张分割图像,为便于说明,将该2张分割图像命名为第一分割图像和第二分割图像。在第一分割图像相对处于左侧,第二分割图像相对处于右侧的情况下,图像的拼接重叠区域则分别在第一分割图像的右侧,第二分割图像的左侧。拼接方向则为横向(从左至右或从右至左),结合分割图像的内侧向边缘侧的方向,则第一方向为从左至右。对于第一分割图像而言,拼接重叠区域的图像信息值从左至右(分割图像的内侧向边缘侧)为递减。低于第二分割图像而言,拼接重叠区域的图像信息值由右至左(分割图像的内侧向边缘侧)为递减。需要说明的是,递减并非单单指代严格单调递减,只要满足递减即可。通过该方式进行拼接,可以降低拼接错位所带来的影响。
在拼接重叠区域对应的光源模组的数量为第二预设数量(例如为4)时,也即拼接重叠区域对应4张分割图像,为便于说明,将该4张分割图像命名为第三分割图像、第四分割图像、第五分割图像和第六分割图像。若第三分割图像处于左上方,第四分割图像处于右上方,第五分割图像处于左下方,第六分割图像处于右下方,则拼接重叠区域处于第三分割图像的右下角,处于第四分割图像的左下角,处于第五分割图像的右上角和处于第六分割区域的左上角。第一方向可以为两个方向。对于第三分割图像而言,拼接方向为横向和竖向,结合分割图像的内侧向边缘侧的方向,则第一方向为从上至下,从左至右。因此,第三分割图像的拼接重叠区域的图像信息值由左至右、从上至下阶梯递减。同理,第四分割图像的拼接重叠区域的图像信息值由右至左、从上至下阶梯递减;第五分割图像的拼接重叠区域的图像信息值由左至右、从下至上阶梯递减;第六分割图像的拼接重叠区域的图像信息值由右至左、从下至上阶梯递减。
在一个具体示例中,第一图像信息分布的变化趋势与第二图像信息分布的变化趋势呈镜像关系或近似镜像关系;第一图像信息分布为相邻分割图像中的任一分割图像的拼接重叠区域的图像信息;第二图像信息分布为相邻分割图像中另一分割图像的拼接重叠区域的图像信息分布;镜像关系的翻转轴为根据任一分割图像的位置和另一分割图像的位置确定。
具体而言,以左右镜像为例,若处于左侧的第一图像信息分布的变化趋势为从大变小,则处于右侧的第二图像信息分布的变化趋势为从小变大。近似镜像关系是指变化趋势可以部分呈镜像关系,部分不呈镜像关系,非严格的镜像关系也可。
进一步的,第一图像信息与第二图像信息呈镜像关系或近似镜像关系;第一图像信息为相邻分割图像中的任一分割图像的拼接重叠区域的图像信息;第二图像信息为相邻分割图像中另一分割图像的拼接重叠区域的图像信息;镜像关系的翻转轴为根据任一分割图像的位置和另一分割图像的位置确定。近似镜像关系是指变化趋势可以部分呈镜像关系,部分不呈镜像关系,非严格意义上的镜像关系也可。
在一个示例中,以图像信息为灰度举例,光源模组至少为2个,该投影方法具体包括:
对光源模组进行物理拼接;
利用标定板对每一光源模组进行光学标定;其中,标定板包含标定识别点;
对光学标定后的每一光源模组进行拼接重叠的标定检验;
对整体投影图像进行拆分,得到对应光源模组数量的多个投影分图;然后对每一投影分图的拼接区域进行灰度渐变处理。该步骤具体包括:按照拼接区域边缘的标定识别点设置图像拆分边界;基于图像拆分边界对每一光机投影图像边缘进行灰度处理,使每一光机在拼接区域的投影图像的灰度往靠近拼接区域边缘的方向递减。
分割整体图像的以拼接区边缘的标定点坐标为基准制定图像拆分边界,并从图像拆分边界开始处理每一光机投影图像的边缘,对拼接区域的像素投图进行阶梯灰度计算,每一光机的拼接区域的灰度由中心至边缘梯度递减(例如单调递减或者非单调递减),同时在递减过程中满足梯度叠加(即每进行一次递减,对梯度的灰度值进行叠加,梯度不清空,不断叠加),且梯度叠加的灰度值可以是固定值,也可以是在一定的取值区间内。简单而言,以8位图像为例,若固定值为255,则梯度叠加后的灰度值为250也是可以接受的,因为对于最终的打印效果而言,灰度值为250、255、253都是可以接受的。处理后的图像正常拼接在一起,由上位机经图像处理硬件处理,分发给每一个指定的光机投图。
每一光机投图经以上步骤处理后,每一个光源模组的投影图像可以融合为一张与初始投影图像一致的大幅面投影图像。
在一个具体实施例中,基于图像拆分边界对每一光机投影图像边缘进行灰度处理,包括:
获取每一光机在拼接区域的投影图像从内至外的第一像素灰度分布,以及相邻光机在拼接区域的投影图像从内至外的第二像素灰度分布;
基于第一像素灰度分布和第二像素灰度分布确定相邻光机的重叠区域的灰度叠加值,并根据灰度叠加值对每一光机的投影图像进行缺陷校正。
本实施例中,设定每一光机的行列边界上有a列、b行像素点作为拼接区域。
1、当a、b中有一项为0时,每一光机的投影拼接为一维拼接,即每一光机的投影区域与其他相邻光机的投影区域存在a列或b行重叠。
设定b=0时,打印曝光的最大灰度为u,每一光机的投影区域边缘从内至边缘像素灰度分布(即第一像素灰度分布)为:
a={a1,a2,...,aa-1,aa}且u≥a≥0
a近似为递减数列。
相邻光机的投影边缘从内至边缘像素灰度分布(即第二像素灰度分布)为:
a’={aa,aa-1,...,a2,a1}
重叠区域的灰度叠加值为p,即:
p=a+a’,p值根据实际打印工艺设定。
一方面,p值可以是固定值,设非拼接区域光强为q,q+v≥p≥q-v,v根据灰度值差异对实际打印效果的影响程度进行选择。换言之,p可以直接等于非拼接区域光强为q,也可略大于或略小于q。
另一方面,p可以不是固定值,p可以为多个,但p的取值范围为q+v≥p≥q-v,v根据灰度值差异对实际打印效果的影响程度进行选择。换言之p是一个在一定范围内波动的数值,然而在实际打印成型中,p的差异并不会显著影响打印效果的一致性。
该边缘处理方法可以使拼接区域的光强与非拼接区域的光强一致或近似,减轻打印拼接痕迹,而且可以降低拼接错位带来的影响。
当重叠区域因拼接原因发生1个像素与a数组同向的偏移,即拼接区域:A={a1,a2,...,aa-1},且u≥A≥0,A近似为等差递减数列;
A’={aa-1,...,a2,a1}。
重叠区域的灰度叠加值发生改变:P=A+A’。即相对于p发生了约a2-a1变化,非重叠区的灰度增加了aa。
当数列a的项数足够多且aa足够小时,与a数组同向偏移一个像素,对于灰度的叠加值影响不大,即可认为对于设定的灰度叠加值P无影响。
设定P=260时,幅面A与幅面B拼接,幅面A像素排布从左到右为等差数列,幅面B像素排布从右到左为等差数列,叠加后灰度和为260;横向方向错位1个像素,拼接区最大灰度叠加值与正常区域的像素灰度的差异仅为公差值。
同理,设定P=15、16时,幅面A1与幅面A2横向拼接,幅面A1像素排布从左到右为等差数列,幅面A2像素排布从右到左为等差数列,叠加后灰度和为15或16,横向方向错位1个像素,拼接区域的灰度叠加值与正常区域的像素灰度15、16的差异不大。
当重叠区域因拼接原因发生1个像素与a数组垂直方向的偏移,即拼接区域垂直方向的边缘像素重叠发生变化,非边缘像素保持一致无变化。那么垂直方向重叠区的边缘像素分布为:
A”={a1,a2,...,aa-1,aa}且u≥a≥0,近似为等差数列;
A”’={0,0,...,0,0};
P’=A”+A”’=A”。
此时P’表现为灰度近似等差递减的数列,在宏观的图像表现为一个像素宽度的斜线,使垂直方向偏移的一个像素渐变过渡,打印后无明显的台阶,实现平滑过渡。
如果拼接处垂直方向有一个像素偏移,出现自然的灰阶折线过渡。对应到实际3D打印中,像素偏移处会成型为平滑斜线,不会呈现出明显的拼接痕。
2、当a列、b行像素点都不为0时,每一光机的投影拼接为二维拼接,即每一光机的投影区域与其他相邻单光机有a、b数量重叠。每一光机的投影边缘与相邻的单光机边缘叠加与以上一维叠加的效果相同,当与相邻边角叠加时,边角含四个单光机的边角重叠。
四个边角叠加区域内的像素为矩形区域,该区域内的像素设定同时受a行b列等差数列设定的影响,根据像素的数量设定为e行f列的像素组,相邻像素之间灰度近似等差值c,单幅面内灰度期望叠加值为P1,构成如表1所示的像素灰度排布:
表1像素灰度排布
P1-c | P1-2c | ..... | P1-(f-1)*c | P1-f*c |
P1-2c | ..... | |||
.... | ..... | |||
P1-(e-1)*c | ..... | P1-(e+f-3)*c | ||
P1-e*c | ..... | P1-(e+f-3)*c | P1-(e+f-2)*c |
表1中,c=P/(e+f-1)因灰度值为整数值,c值可适当调整,改变数列内几项的差值做补偿,该数列近似为等差数列。
当四个边角的像素灰度叠加后,区域内的灰度值分布约为2P,如表2所示:
表2像素灰度叠加排布
2P1 | 2P1 | ..... | 2P1 | 2P1 |
2P1 | ..... | |||
.... | ||||
2P1 | ||||
2P1 | 2P1 |
投影时,单幅面内该区域内的灰度叠加值P1设定为重叠区域的灰度叠加值p一半,即p=2P1;可使拼接区的叠加值满足为定值p。该区域内灰度分布满足,二维近似等差分布。对于拼接的错位,类似于一维的拼接变化,该排布方式可以降低错位带来的影响。
例如当打印图像分为4幅拼接,先对原始分辨率进行拆解,分为1/2/3/4图。图像的边缘进行上述渐变处理,分别发送给对应的单幅面光机系统,最终可显示与初始投影图像的一致的图像。
请参阅图12,其示出了对三维数据模型进行切片处理的示意图,具体包括:
S1210,对三维数据模型进行切片处理,得到若干切片图像;
S1220,按照预设切片图像的投影顺序,对各切片图像依次执行如上述任一项的投影方法。
在一个实施例中,提供的一种3D打印方法的流程示意图,具体包括:
对光源模组进行物理拼接;
利用标定板对每一光源模组进行光学标定;其中,标定板包含标定识别点;
对光学标定后的每一光源模组进行拼接重叠的标定检验;
基于标定检验结果,对每一光源模组的投影图像进行缺陷校正;
对三维数据模型进行切片处理,得到N个切片层图像,其中,N>1;
对每个切片层图像进行拆分,得到M个切片层子图像,然后对每个切片层子图像的拼接区域进行灰度渐变处理;
对于每一切片层图像,获取对应的M个切片层子图像,并控制每一光源模组根据每一切片层子图像向成型界面进行投影,使光固化材料发生交联反应,得到每一切片层图像对应的的固化层;
对固化层进行逐层累积,得到三维数据模型对应的三维实体。
本发明实施例还公开了一种实现3D打印幅面拼接系统,拼接系统基于3D打印方法,拼接系统包括物理拼接调试系统、单幅标定系统、显示算法系统。
其中,物理拼接调试系统由物理调节结构和幅面对齐工具组成,在基于3D打印的平台上,通过物理调节结构调整单幅面曝光单元的空间位置,在幅面对齐工具的辅助下降所有的单幅面曝光单元拼接在一起,组成拼接精度在10个像素以内(约1mm以内)、肉眼无法辨别拼接差异的组合幅面,组合幅面存在拼接重叠区域600,如图13所示。
待标定的光源模组会将理想投影图投射到投影平台上,光源模组可设于投影平台的上部或底部,此处不做限定。理想投影图是由理想投影点组成的点阵图,标定板上也设有对应的点阵图,是由标定点组成的点阵图。
然而,投影点(包括理想投影点和实际投影点)和基准点是不同的,“不同”可以是颜色的不同或者形状的不同。对于本实施例,在摄像头拍摄到的图片中,投影点呈现为白点,基准点呈现为黑点,这样有利于区分基准点和投影点。
需要提醒的是,采样点(包括基准点和投影点)的形状、个数、大小可按需求设置,本实施例不做限制。采样点可以是方形、圆形(即圆点)、三角形、多边形等容易识别的图案。
摆放好标定板后,摄像头会拍摄投影平台,拍摄标定板和实际投影图。实际投影图相对于理想投影图发生了桶形畸变。摄像头拍摄到的图像中,标定板的中心和实际投影图的中心并没有重合,标定板和实际投影图是错开的,部分或全部的投影点和基准点存在不重合的情况。
在优选方案中,为了保证拍摄清晰度,摄像头可通过多次拍摄的方式,拍摄多张清晰的图片,将所有的投影点和基准点拍摄到。
拍摄之后,标定模块会对拍摄图进行处理,识别出标定点和投影点,得到标定点和投影点的坐标。
需要说明的是,单幅标定系统可以是独立于3D打印机的单独设备,也可以是由配套标定组件和3D打印机部分零部件组成。例如配套标定组件可以包括摄像头、标定板和标定模块,投影平台可以是设置在3D打印机的机架上的透光平面或者是3D打印机的料盘底面。
在一个实施例中,如图14所示,提供了一种用于光源模组拼接的标定装置,光源模组至少为2个,包括:
标定装置,用于对各光源模组分别进行光学标定处理;各光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
校验装置,用于在拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行标定精度检验。
在一个实施例中,提供了一种3D打印机,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现如上述任一项方法的步骤。
在一个实施例中,提供了提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项方法的步骤。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,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,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (30)
1.一种用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,所述光源模组至少为2个,所述方法包括:
对各所述光源模组分别进行光学标定处理;其中,经光学标定处理后的光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
基于所述拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验;
基于各光源模组在拼接重叠区域的重叠投影特征点或投影特征点与标准点位的差距,确认标定精度,包括:
根据重叠投影特征点的中心坐标与标定工具上标定识别点的偏差,确定标定精度;或者
根据各重叠投影特征点的形状,确定标定精度;或者
根据投影特征点的重合比例确定标定精度;或者
根据投影特征点与标准位置的偏差或坐标差值,从而检验拼接区域构造的重叠标定识别点的重合精度,进而反应标定精度;
在标定精度检验不合格的情况下,转至对各光源模组分别进行光学标定处理的步骤进行重新标定。
2.根据权利要求1所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验之前,还包括:
将各所述光源模组进行物理拼接,以使各所述光源模组的投图区域满足预设投光幅面要求。
3.根据权利要求2所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,将各所述光源模组进行物理拼接的步骤,包括:
调整各所述光源模组的水平位置,以使所述光源模组的第一特征图像边界与标定工具边框的间距满足第一预设距离,且各所述光源模组投影的第二特征图像与辅助图像的间距满足第二预设距离;其中,所述标定工具设于打印面上,所述辅助图像设于所述标定工具上。
4.根据权利要求3所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,调整各所述光源模组的水平位置之前,还包括:
调整各所述光源模组相对于所述打印面的水平度,以及各所述光源模组与所述打印面的垂直距离,以使所述光源模组的投光幅面达到预设尺寸。
5.根据权利要求1所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,所述方法还包括:
调节经光学标定处理后的光源模组的投光幅面,以使各所述投光幅面基于基准幅面的偏转角度和偏移量满足第一预设要求。
6.根据权利要求5所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,所述第一预设要求包括各所述投光幅面基于基准幅面的偏转角度间的差值处于第一预设范围,且各所述投光幅面基于基准幅面的偏移量间的差值处于第二预设范围。
7.根据权利要求5所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验,包括:
获取投影特征点的第一当前位置,以及与所述投影特征点对应的第一标准位置;其中,所述投影特征点为所述经光学标定处理后的各光源模组向打印面投影形成;
根据所述第一当前位置和所述第一标准位置,确定经光学标定处理后的各光源模组对应的偏转角度和偏移量;
在各所述偏转角度及各所述偏移量满足第二预设条件的情况下,确定标定成功。
8.根据权利要求7所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,获取投影特征点的第一当前位置,以及与所述投影特征点对应的第一标准位置,包括:
获取所述打印面的图像信息;其中,所述打印面上设有标定工具;所述标定工具上设有用于表征所述第一标准位置的标定识别点;
根据所述图像信息,确定所述第一当前位置和所述第一标准位置。
9.根据权利要求7所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,所述第二预设条件包括各所述偏转角度间的偏差处于第三预设范围,各所述偏移量间的偏差处于第四预设范围。
10.根据权利要求9所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,所述第一预设要求还包括任一所述光源模组对应的偏移量处于对应的预设区间。
11.根据权利要求3所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验,包括:
获取重叠投影特征点的第二当前位置,以及与所述重叠投影特征点对应的第二标准位置;其中,所述重叠投影特征点为经光学标定处理后的各光源模组在所述拼接重叠区域投影得到;
在所述第二当前位置和所述第二标准位置的偏差值满足第二预设条件的情况下,确定标定成功。
12.根据权利要求11所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,获取投影特征点的第二当前位置,以及与所述投影特征点对应的第二标准位置,包括:
获取所述打印面的图像信息;其中,所述打印面上设有标定工具;所述标定工具上设有用于表征所述第二标准位置的标定识别点;
根据所述图像信息,确定所述第二当前位置和所述第二标准位置。
13.根据权利要求11或12所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,包括:
在所述第二当前位置和所述第二标准位置的偏差值不满足第二预设条件的情况下,则对各所述光源模组重新进行光学标定处理。
14.根据权利要求1所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,对各所述光源模组分别进行光学标定处理,包括:
采用位于同一坐标系下的标定工具对各所述光源模组分别进行光学标定处理,或,
采用同一标定工具对所述光源模组分别进行光学标定处理;其中,所述标定工具的覆盖范围大于或等于各所述光源模组拼接得到的投光幅面。
15.根据权利要求1所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,对各所述光源模组分别进行光学标定处理,包括:
获取投影识别点和所述标定识别点基于同一坐标系的间距;其中,所述投影识别点为所述光源模组向对应的投图区域投射预设图像得到;所述对应的投影区域上设有标定工具;所述标定工具上设有标定识别点;
基于所述间距,对各所述光源模组进行标定。
16.根据权利要求15所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,获取所述投影识别点和所述标定识别点基于同一坐标系的间距,包括:
获取所述投图区域的图像;
基于所述图像中的投影识别点和标定识别点,构建投影识别点矩阵和标定识别点矩阵;
将所述投影识别点矩阵和所述标定识别点矩阵转换为同一坐标系,并计算所述投影识别点和所述标定识别点基于同一坐标系的间距。
17.根据权利要求15所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,
基于所述间距,对各所述光源模组进行标定,包括:
将所述间距换算为像素坐标系中的偏移量,并基于所述偏移量对各所述光源模组进行标定。
18.根据权利要求17所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,将所述间距换算为像素坐标系中的偏移量,包括:
基于所述间距构建对应的间距值矩阵,并将所述间距值矩阵中的各参数与像素坐标系进行关联;
对所述间距值矩阵进行拟合运算,得到目标矩阵;
基于所述目标矩阵、所述像素坐标系的元素坐标位置信息和单位像素点对应的物理尺寸,得到所述偏移量。
19.根据权利要求18所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,得到所述偏移量的步骤中,基于以下公式得到所述偏移量:
C1=C0+T′0P′
其中,C1为所述偏移量,C0为所述元素坐标位置信息,T0’为所述目标矩阵,P’为所述单位像素点对应的物理尺寸。
20.根据权利要求1至19任一项所述的用于光源模组拼接的标定方法,其特征在于,所述光源模组为DLP投影模组、LCD投影模组、LCOS投影模组、OLED投影模组、Micro-Led模组、Mini-Led模组、LCD模组、OLED模组和SXRD投影模组中的任意一种或任意组合。
21.一种投影方法,其特征在于,采用如权利要求1-10任一项所述的用于光源模组拼接的标定方法进行标定,所述投影方法包括:
根据各光源模组的投影区域,对待投影的切片图像进行分割处理,得到多个分割图像;
对分割图像的拼接重叠区域进行图像信息渐变处理,并将处理后的分割图像分别传输给对应的光源模组。
22.根据权利要求21所述的投影方法,其特征在于,对分割图像的拼接重叠区域进行图像信息渐变处理,包括:
对任一分割图像的拼接重叠区域进行图像处理,以使所述拼接重叠区域根据图像信息分为若干子区域;各所述分割图像在所述子区域的图像信息叠加值落入预设范围。
23.根据权利要求22所述的投影方法,其特征在于,在所述拼接重叠区域对应的光源模组的数量为第一预设数量时,任一所述拼接重叠区域的图像信息值沿第一方向呈阶梯递减,沿第二方向保持不变;所述第一方向为所述分割图像的拼接方向,且为所述分割图像的内侧向边缘侧的方向;所述第一方向和所述第二方向垂直;
在所述拼接重叠区域对应的光源模组的数量为第二预设数量时,任一所述拼接重叠区域的图像信息值沿所述第一方向呈阶梯递减;其中,所述第二预设数量大于所述第一预设数量。
24.根据权利要求22或23所述的投影方法,其特征在于,第一图像信息分布的变化趋势与第二图像信息分布的变化趋势呈镜像关系或近似镜像关系;所述第一图像信息分布为相邻分割图像中的任一分割图像的拼接重叠区域的图像信息;所述第二图像信息分布为所述相邻分割图像中另一分割图像的拼接重叠区域的图像信息分布;所述镜像关系的翻转轴为根据所述任一分割图像的位置和所述另一分割图像的位置确定。
25.根据权利要求24所述的投影方法,其特征在于,第一图像信息与第二图像信息呈镜像关系或近似镜像关系;所述第一图像信息为相邻分割图像中的任一分割图像的拼接重叠区域的图像信息;所述第二图像信息为所述相邻分割图像中另一分割图像的拼接重叠区域的图像信息;所述镜像关系的翻转轴为根据所述任一分割图像的位置和所述另一分割图像的位置确定。
26.根据权利要求21至25任一项所述的投影方法,其特征在于,所述图像信息包括照度、光强度和灰度中的一种。
27.一种3D打印方法,其特征在于,包括:
对三维数据模型进行切片处理,得到若干切片图像;
按照预设切片图像的投影顺序,对各所述切片图像依次执行如权利要求21-26中任一项所述的投影方法。
28.一种用于光源模组拼接的标定装置,其特征在于,所述光源模组至少为2个,所述装置包括:
标定装置,用于对各所述光源模组分别进行光学标定处理;各所述光源模组的投图区域存在拼接重叠区域;
校验装置,用于在所述拼接重叠区域,对经光学标定处理后的各光源模组进行拼接重叠的标定精度检验。
29.一种3D打印机,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至27中任一项所述的方法的步骤。
30.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至27中任一项所述的方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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