TWI613617B - 立體列印之圖像拼接之方法及其系統 - Google Patents

Description

立體列印之圖像拼接之方法及其系統

本發明係有關於一種立體列印之圖像拼接之方法及其系統，特別係有關於以多頻譜影像裝置掃描基體形成第一影像及第二影像後，接合第一影像及第二影像並依據接合後之影像與建模體影像建構出三維物體之立體列印之圖像拼接之方法及其系統。

3D列印泛指任何三維物體的列印過程，相較於傳統加工工法將材料逐漸切削雕琢的減法製作方式，3D列印則是採用分層加工、逐層增加材料，而以疊加成型的加法方式製作，直至工件成型呈一立體列印物件。

3D列印能夠有效減少原料的浪費、可依據使用者之需求而進行客製化的設計生產，以及縮短委外加工的時間跨度等優點。其運用已廣泛延伸至建築、工業設計、珠寶、鞋類、列印生產製造、汽車、航太工業、醫療、教育、地理信息系統等諸多領域皆可見其蹤跡，來年3D列印可期能與更多領域之產業鏈結。

3D列印(Three Dimensions Printing）又稱增量製造、積層製造（Additive Manufacturing；AM）或快速原型(Rapid Prototyping)，隨著科技的蓬勃發展，3D列印技術從早期萌芽階段用以快速產生3D物件，經由近年來不斷地突破創新，其整體成本已逐漸降低以及使用門檻限制較少，進而能夠普及於一般家庭場所進行應用。

3D列印的模型一般藉由電腦輔助設計軟體或三維掃描儀(Three Dimensions Scanner)所生成，以三維掃描儀為例，其係將一物件或環境進行掃描、偵測、分析等方式所獲取之資料，搭配3D列印機進行重組、生成建構出一3D列印物件。

然而，現有之三維掃描設備在進行影像擷取時所擷取到之影像大多為RGB影像(亦即色光三原色：Red、Green、Blue)，掃描物件或環境所取得之RGB影像會因掃描設備的廠牌、掃描設備的型號、拍攝角度甚至是拍攝光源而有所差異，容易造成同色異譜之現象，以至於以此RGB影像及建模體影像所建構之立體物件之表面色彩及紋理等與物件有所差異。

本發明之主要目的，係提供一種立體列印之圖像拼接之方法及其系統，以多頻譜影像裝置掃描基體取得第一影像及第二影像後，再將第一影像及第二影像接合並將接合後之影像與建模體影像組合產生列印影像，並依據列印影像建構出三維列印物件。

為達上述之指稱之各目的與功效，本發明之一實施例係揭示一種立體列印之圖像拼接之方法，其步驟包含：以多頻譜影像裝置透過複數個波段掃描基體，取得第一影像及第二影像，電子裝置比對第一影像之第三影像及第二影像之第四影像，判斷第三影像符合第四影像，電子裝置依據第三影像及第四影像接合第一影像及第二影像產生第五影像，取得建模體影像，電子裝置將第五影像與建模體影像結合產生列印影像，以三維列印裝置依據列印影像建構出三維列印物件。

於本發明之一實施例中，其中色彩管理應用程式取得三維列印裝置之預設色域值，三維列印裝置依據預設色域值及列印影像建構出三維列印物件。

於本發明之一實施例中，其中於電子裝置將第五影像與建模體影像結合產生列印圖像之步驟前，該方法更包含：以歪斜校正演算法取得歪斜校正後之第五影像。

於本發明之一實施例中，其中於電子裝置比對第一影像之第三影像及第二影像之第四影像之步驟前，該方法更包含：以歪斜校正演算法取得歪斜校正後之第一影像及歪斜校正後之第二影像。

於本發明之一實施例中，其中於電子裝置依據第三影像及第四影像接合第一影像及第二影像產生第五影像之步驟後，該方法更包含：以色彩調整演算法取得色彩調整後之第五影像，其中色彩調整演算法為色溫調整演算法或色相調整演算法或明度調整演算法。

於本發明之一實施例中，其中於電子裝置比對第一影像之第三影像及第二影像之第四影像之步驟前，該方法更包含：以色彩調整演算法取得色彩調整後之第一影像及色彩調整後之第二影像，其中色彩調整演算法為色溫調整演算法或色相調整演算法或明度調整演算法。

於本發明之一實施例中，其中多頻譜影像裝置依據基體之形狀、材質、角度、光源態樣或光源照射位置而切換該些波段，其該些波段之波長範圍可從紅外光至紫外光之波長範圍。

此外，本發明提供一種立體列印之圖像拼接之系統，用以執行立體列印之圖像拼接之方法。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

先前之技術中，由於已現有之三維掃描設備掃描物體所取得之RGB影像會因為掃描設備的廠牌、掃描設備的型號、拍攝角度甚至是拍攝光源而有所差異，以至於以此RGB影像及建模體影像所建構之立體物件之表面色彩及紋理等與物件有所差異，因此提出一種以多頻譜影像設備掃描物體以取得影像並依據此影像及建模體影像建構三維物件之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法及其系統。

在此說明本發明之第一實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法之流程，請參閱第一圖，其係為本發明之第一實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法之流程圖。如圖所示，本實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法其步驟包含：

步驟S1：取得第一影像；

步驟S3：取得第二影像；

步驟S5：比對第一影像之第三影像及第二影像之第四影像；

步驟S7：產生第五影像；

步驟S9：取得建模體影像；

步驟S11：產生列印影像；以及

步驟S13：建構三維列印物件。

接著說明為達成本發明之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法所需之系統，請參閱第二圖，其係為本發明之第一實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法之示意圖。如圖所示，本發明之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法之系統包含：一基體10、一多頻譜影像裝置30、一電子裝置50及一三維列印裝置90。上述之該電子裝置50可為智慧型手機、個人數位助理(PDA)、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器或工作站等電子裝置。

以下將說明本發明之第一實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法執行時之流程，請參閱搭配第一圖、第二圖及第三A圖~第三C圖。當使用者要建構三維列印物件時，將執行步驟S1至步驟S13。

於步驟S1中，取得第一影像，以多頻譜影像裝置30透過複數個波段掃描基體10，以取得一第一影像301。

進一步而言，於步驟S1中，是以多頻譜影像裝置30掃描基體10之一第一區域，以取得第一影像301。

於步驟S3中，取得第二影像，以多頻譜影像裝置30透過複數個波段掃描基體10，以取得一第二影像303。

進一步而言，於步驟S3中，調整基體10或多頻譜影像裝置30之位置後，再以多頻譜影像裝置30掃描基體10之一第二區域，以取得第二影像303。

其中，基體10之第一區域與第二區域中有一重疊區域，如第三A圖所示，第一影像301包含一第三影像305，其第三影像305即為第一區域與第二區域之重疊區域之影像。如第三B圖所示，第二影像303包含一第四影像307，其第四影像307即為第二區域與第一區域之重疊區域之影像。

其中，多頻譜影像裝置30是依據基體10之形狀(例如:不規則表面)、材質、角度、光源態樣或光源之照射位置而對應更換不同波段。並且，多頻譜影像裝置30可以切換不同波段方式，採用不同波段的光學濾鏡對基體10進行影像之掃描以取得第一影像501及第二影像503，以取得複數個頻譜值，不同之光學濾鏡可擷取不同波段，其範圍可從紅外光至紫外光。

於步驟S5中，比對第一影像之第三影像及第二影像之第四影像，電子裝置50比對第一影像301之第三影像305及第二影像303之第四影像307，以判斷第三影像305符合第四影像307。

於步驟S7中，產生第五影像，電子裝置50接合第一影像301及第二影像303以產生第五影像309。

進一步而言，如第三C圖所示，電子裝置50將第一影像301之第三影像305及第二影像之第四影像307疊合以產生第五影像509，第三影像305及第四影像307則於第五影像中形成一重疊區域313。

於步驟S9中，取得建模體影像，取得建模體影像701。如第四A圖所示，建模體影像701之取得方式可為三維掃描裝置70掃描所得之影像；或者如第四B圖所示，建模體影像701是電腦輔助設計應用程式703，例如:Blender、SketchUp、AutoCAD、Maya或ZBrush之應用程式繪製而成。

於步驟S11中，產生列印影像，電子裝置50建模體影像701及第五影像結合，以產生一列印影像311。

於本發明之一實施例中，三維掃描裝置70對基體10進行掃描時，亦取得建模體圖像20與基體10之表面影像，在這樣的情況下，於步驟S11中，電子裝置50產生列印影像311時，是將第五影像509覆蓋或取代於三維掃描裝置90取得之基體10之表面影像。如此一來，列印影像中之色彩資訊，即是具有基體10之真實色彩、影像、細部紋理之多頻譜影像。

於本發明之一實施例中，當建模體影像701是透過電腦輔助設計應用程式703繪製而成時，於步驟S11中，電子裝置50產生列印影像311時，是將第五影像509覆蓋或取代建模體之表面影像；而當建模體影像701未包含有表面影像之情況下，亦可以直接將第五影像509與建模體影像701結合。

於步驟S13中，建構三維列印物件，三維列印裝置90依據列印影像進行三維列印以構建出一三維列印物件110。

於此，即完成本發明之第一實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法，藉由本實施例，使用者可藉由多頻譜影像裝置多次掃描基體，以取得較大之基體(例如石材、木板等體積較大無法一次掃描完成之機體)之表面影像並將之接合，再將建模體影像與接合後之表面影像結合成列印影像，並以三維列印裝置建構出三維物件。如此一來可以增加建構出之三維物件之表面色彩、紋理等表面細節與原物件之相似度，且，更可以將不同之基體表面影像與建模體影像結合以建構出多變化之三維物件。舉例而言，三維掃描裝置掃描一具有木質紋理之物件取得建模體影像，並以多頻譜影像裝置取得一石材紋理之表面影像，即可結合建模體影像及表面影像以三維列印裝置建構出具有石材紋理之物件。

接著說明本發明之第二實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法之流程，請參閱第五圖及第六圖，其係為本發明之第二實施例之三維物體之立體列印之圖像拼接之方法之流程圖及系統示意圖。如圖所示，本實施例之流程與第一實施之差異在於本實施例更包含步驟S12；本實施例之系統與第一實施例之差異在於本實施例更包含色彩管理應用程式130。

於步驟S12中，取得預設色域值，色彩管理應用程式130，色彩管理應用程式從三維列印裝置90取得三維列印裝置90之色彩描述檔，並將所取得之色彩描述檔進行轉換，取得三維列印裝置之一預設色域值。其中，色彩描述檔係符合國際色彩聯盟(International Color Consortium；ICC)所訂定之ICC色彩特性文件(ICC Profile)格式。

在這樣的情況下，三維列印裝置90依據預設色域值及列印影像311建構出該三維列印物件110。

藉由本實施例，可以使得三維列印裝置之色彩輸出皆符合一可依循之標準格式(ICC Profile)，使得於建構三維列印物件時，三維列印裝置可依據預設色域值與列印影像311進行色彩之匹配，在這樣的情況下，所建構出之三維列印物件之色彩將會較符合基體之色彩。

於本發明之一實施例中，如第七A圖所示，其流程中更包含一步驟S401。於步驟S401中，歪斜校正，電子裝置50以一歪斜校正演算法校正第一影像501及第二影像503，以取得歪斜校正後之第一影像501及第二影像503。由於多頻譜影像裝置30於掃描基體10時，可能會因為多頻譜影像裝置30之設置位置、多頻譜影像裝置30之類型或基體10之關係而造成所第一影像501及第二影像503會有歪斜情況產生，因此，電子裝置50可以歪斜校正演算法校正第一影像501及第二影像503，藉此可增加本發明於使用時之便利性。

於本發明之一實施例中，如第七B圖所示，其流程中更包含一步驟S101。於步驟S101中，歪斜校正，電子裝置50以一歪斜校正演算法校正第五影像509，以取得歪斜校正後之第五影像509。

於本發明之一實施例中，如第八A圖所示，其流程中更包含一步驟S403。於步驟S403中，色彩調整，電子裝置以一色彩調整演算法調整第一影像501及第二影像503之色彩，以取得色彩調整後之第一影像501及第二影像503。由於以多頻譜影像裝置掃瞄基體時，其環境中之光源並不一定為標準光源，再非標準光源的情況下進行掃描時會發生掃描時所取得之影像之色彩並非為基體之色彩，因此電子裝置可以色彩調整演算法對第一影像501及第二影像503進行調整，以使得所取得之第一影像501及第二影像503之色彩較為符合基體之色彩，此外，再有特殊需求(例如要使得影像之色彩偏黃、偏暗、偏亮等情形)時，亦可藉由色彩調整演算法改變第一影像501及第二影像503之色彩，藉此可增加本發明於使用時之便利性。其中色彩調整演算法可為色相調整演算法或色溫調整演算法或明度調整演算法。

於本發明之一實施例中，本發明之一實施例中，如第八B圖所示，其流程中更包含一步驟S103。於步驟S103中，色彩調整，電子裝置以一色彩調整演算法調整第五影像509 3之色彩，以取得色彩調整後之第五影像509。其中色彩調整演算法可為色相調整演算法或色溫調整演算法或明度調整演算法。

於本發明之一實施例中，三維列印裝置建構三維物件之方式為熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling；FDM)、層狀物體製造 (Laminated Object Manufacturing；LOM)、數位光處理(Digital Light Processing；DLP)、立體光刻成型(Stereo Lithography Apparatus；SLA)、三維粉末粘接技術(3D Printer)、選擇性雷射燒結術(Selective Laser Sintering；SLS)、雷射選區熔化技術(Selective Laser Melting；SLM)、直接金屬雷射燒結術(Direct Metal Laser Sintering；DMLS)、電子束熔化成型(Electron Beam Melting；EBM) 或上述之任一組合所組成之群組之一者。

於本發明之一實施例中，三維列印物件90之材質係選自塑膠、樹脂、紙、橡膠、陶瓷、食品、光聚合物、石膏、蠟、砂、金屬單質、金屬合金或上述之任一組合所組成之群組之一者。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧基體
30‧‧‧多頻譜影像裝置
301‧‧‧第一影像
303‧‧‧第二影像
305‧‧‧第三影像
307‧‧‧第四影像
309‧‧‧第五影像
311‧‧‧列印影像
313‧‧‧重疊區域
50‧‧‧電子裝置
70‧‧‧三維掃描裝置
701‧‧‧建模體影像
703‧‧‧電腦輔助設計應用程式
90‧‧‧三維列印裝置
110‧‧‧三維列印物件
130‧‧‧色彩管理應用程式

第一圖：其係為本發明之第一實施例之立體列印之圖像拼接之方法之流程圖； 第二圖：其係為本發明之第一實施例之立體列印之圖像拼接之方法之系統示意圖； 第三A圖~第三C圖：其係為本發明之第一實施例之立體列印之圖像拼接之方法之影像示意圖； 第四A圖~第四B圖：其係為本發明之一實施例之立體列印之圖像拼接之方法之系統示意圖，用以示意取得建模體影像之方式； 第五圖：其係為本發明之第二實施例之立體列印之圖像拼接之方法之流程圖； 第六圖：其係為本發明之第二實施例之立體列印之圖像拼接之方法之系統示意圖； 第七A圖~第七B圖：其係為本發明之一實施例之立體列印之圖像拼接之方法之流程圖，用以示意流程中包含歪斜校正；以及 第八A圖~第八B圖：其係為本發明之一實施例之立體列印之圖像拼接之方法之流程圖，用以示意流程中包含色彩調整。

Claims (10)

1. 一種立體列印之圖像拼接之方法，其步驟包含： 以一多頻譜影像裝置透過複數個波段掃描一基體，取得一第一影像及一第二影像，其中該多頻譜影像裝置依據該基體之形狀、材質、角度、光源態樣或光源照射位置而切換該些波段，其該些波段之波長範圍可從紅外光至紫外光之波長範圍； 一電子裝置比對該第一影像之一第三影像及該第二影像之一第四影像，判斷該第三影像符合該第四影像； 該電子裝置依據該第三影像及該第四影像接合該第一影像及該第二影像產生一第五影像； 取得一建模體影像； 該電子裝置將該第五影像與一建模體影像結合產生一列印影像；以及 以一三維列印裝置依據該列印影像建構出一三維列印物件。
2. 如專利申請範圍第1項所述之立體列印之圖像拼接之方法，其中一色彩管理應用程式取得該三維列印裝置之一預設色域值，該三維列印裝置依據該預設色域值及該列印影像建構出該三維列印物件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體列印之圖像拼接之方法，於該電子裝置將該第五影像與該建模體影像結合產生該列印圖像之步驟前，該方法更包含： 以一歪斜校正演算法取得歪斜校正後之該第五影像。
4. 如申請專利範圍第1項所述之立體列印之圖像拼接之方法，於該電子裝置比對該第一影像之該第三影像及該第二影像之該第四影像之步驟前，該方法更包含： 以一歪斜校正演算法取得歪斜校正後之該第一影像及歪斜校正後之該第二影像。
5. 如申請專利範圍第1項所述之立體列印之圖像拼接之方法，於該電子裝置依據該第三影像及該第四影像接合該第一影像及該第二影像產生該第五影像之步驟後，該方法更包含： 以一色彩調整演算法取得色彩調整後之該第五影像，其中該色彩調整演算法為色溫調整演算法或色相調整演算法或明度調整演算法。
6. 如申請專利範圍第1項所述之立體列印之圖像拼接之方法，於該電子裝置比對該第一影像之該第三影像及該第二影像之該第四影像之步驟前，該方法更包含： 以一色彩調整演算法取得色彩調整後之該第一影像及色彩調整後之該第二影像，其中該色彩調整演算法為色溫調整演算法或色相調整演算法或明度調整演算法。
7. 一種立體列印之圖像拼接之裝置，其包含： 一多頻譜影像裝置，該多頻譜影像裝置透過複數個波段掃描一基體，取得一第一影像及一第二影像，其中該多頻譜影像裝置依據該基體之形狀、材質、角度、光源態樣或光源照射位置而切換該些波段，其該些波段之波長範圍可從紅外光至紫外光之波長範圍。； 一電子裝置，該電子裝置比對該第一影像之一第三影像及該第二影像之一第四影像，判斷該第三影像符合該第四影像後，依據該第三影像及該第四影像接合該第一影像及該第二影像產生一第五影像，並將該第五影像與一建模體影像結合產生一列印影像；以及 一三維列印裝置，該三維列印裝置依據該列印影像建構出一三維列印物件； 其中該多頻譜影像裝置、該電子裝置以及該三維列印裝置彼此之間電性連接。
8. 如專利申請範圍第7項所述之立體列印之圖像拼接之裝置，其中更包含一色彩管理應用程式，該色彩管理應用程式取得該三維列印裝置之一預設色域值，該三維列印裝置依據該預設色域值及該列印影像建構出該三維列印物件。
9. 如申請專利範圍第7項所述之立體列印之圖像拼接之裝置，其中該電子裝置以一歪斜校正演算法取得歪斜校正後之該第一影像及歪斜校正後之該第二影像或歪斜校正後之該第五影像。
10. 如申請專利範圍第7項所述之立體列印之圖像拼接之裝置，其中該電子裝置以一色彩調整演算法取得色彩調整後之該第一影像及色彩調整後之該第二影像或色彩調整後之該第五影像，其中該色彩調整演算法為色溫調整演算法或色相調整演算法或明度調整演算法。