一种基于图像处理的3D打印断丝快速判定方法与流程

本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种基于图像处理的3d打印断丝快速判定方法。

背景技术：

3d打印制作模型是3d打印平台和喷头不断运动的过程中，从喷嘴中吐出来的料丝在平台上一层层叠加成型的过程。在整个3d打印的漫长过程中，当发生断料、打印喷头堵塞以及局部温度过高都会造成3d打印断丝情况的发生，若断丝情况未被及时发现，对模型和3d打印平台都会造成伤害，并且浪费3d打印材料和打印时间。基于以上情况，本发明提出了一种基于图像处理的3d打印断丝快速判定方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决3d打印断丝未被及时发现的问题，提出了一种基于图像处理的3d打印断丝快速判定方法。

本发明的技术方案是：一种基于图像处理的3d打印断丝快速判定方法，包括以下步骤：

s1：采用摄像头录制3d打印机，获取初始图像；

s2：根据摄像头的分辨率裁剪初始图像四周数据，保留中心数据，得到裁剪图像；

s3：对裁剪图像进行去噪处理，得到去噪图像，并根据去噪图像的灰度特性将其分为前景图像imgn和背景图像pattern；

s4：对前景图像imgn和背景图像pattern进行二值化处理，得到二值化图像；

s5：扫描二值化图像的每个像素，根据连通组件算法将像素相同的组件分组，得到3d打印模型连通组件；

s6：检测3d打印模型连通组件的轮廓是否连通，若轮廓为连通状态则未发生断丝，若轮廓为非连通状态则可能发生断丝；

s7：判断可能发生断丝的3d打印模型连通组件的高度是否增加，若增加则发生断丝，若未增加则未发生断丝，完成3d打印断丝快速判定。

本发明的有益效果是：在长时间进行的3d打印的过程中，一旦出现断丝的情况，本发明的3d打印断丝判定方法能够及时判定异常情况的发生，以免浪费3d打印材料和打印时间，提高了打印效率和良品率，能更好的提升用户体验。

进一步地，步骤s1中，摄像头采用2.8mm定焦，视场角为63°。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，摄像头的成像覆盖范围广，能完整录制3d打印机并获得初始图像。

进一步地，步骤s3中，通过高斯滤波法对裁剪图像进行去噪处理。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，图像文件中的噪声是一种随机变量，特点是变量总和平均值为0，所以利用高斯滤波法去除噪声，能最大限度地减少噪声的影响。

进一步地，步骤s4包括以下子步骤：

s41：根据前景图像imgn和背景图像pattern得到去除背景图像auxn，并得到其前景像素点数和后景像素点数；去除背景图像auxn的计算公式为：

auxn＝pattern-imgn

s42：根据前景点数和后景点数计算去除背景图像auxn的总平均灰度u，总平均灰度u的计算公式为：

u＝ω0μ0+ω1μ1

其中，ω0为前景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ0为前景像素点数的平均灰度；ω1为后景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ1为后景像素点数的平均灰度；

s43：根据总平均灰度u计算3d打印过程中不同时刻的类间方差g，得到类间方差g最大时的阈值t，并将阈值t时刻的图像作为二值化图像；类间方差g的计算公式为：

g＝ω0(μ0-μ)²+ω1(μ1-μ)²

其中，ω0为前景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ0为前景像素点数的平均灰度，ω1为后景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ1为后景像素点数的平均灰度，u为去除背景图像auxn的总平均灰度u。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，图像二值化是计算物体轮廓的关键一步，能初步判定是否出现断丝情况，便于后续步骤判定，增加判定结果的准确性。

进一步地，步骤s5中，扫描二值化图像的每个像素的方式是从上到下，从左到右。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，从上到下，从左到右的扫描方式能完整覆盖二值化图像的每个像素，避免出现判断失误的情况。

进一步地，步骤s7中，通过判断3d打印模型连通组件的面积是否增加来判断3d打印模型连通组件的高度是否增加。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，通过计算3d打印模型连通组件的面积是否增加更加准确快捷的判断高度是否增加。

附图说明

图1为3d打印断丝快速判定方法的流程图；

图2为步骤s4的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于图像处理的3d打印断丝快速判定方法，包括以下步骤：

s1：采用摄像头录制3d打印机，获取初始图像；

s2：根据摄像头的分辨率裁剪初始图像四周数据，保留中心数据，得到裁剪图像；

s3：对裁剪图像进行去噪处理，得到去噪图像，并根据去噪图像的灰度特性将其分为前景图像imgn和背景图像pattern；

s4：对前景图像imgn和背景图像pattern进行二值化处理，得到二值化图像；

s5：扫描二值化图像的每个像素，根据连通组件算法将像素相同的组件分组，得到3d打印模型连通组件；

s6：检测3d打印模型连通组件的轮廓是否连通，若轮廓为连通状态则未发生断丝，若轮廓为非连通状态则可能发生断丝；

s7：判断可能发生断丝的3d打印模型连通组件的面积是否增加，若增加则发生断丝，若未增加则未发生断丝，完成3d打印断丝快速判定。

在本发明实施例中，如图1所示，摄像头采用2.8mm定焦，视场角为63°。在本发明中，摄像头的成像覆盖范围广，能完整录制3d打印机并获得初始图像。

在本发明实施例中，如图1所示，步骤s3中，通过高斯滤波法对裁剪图像进行去噪处理。在本发明中，图像文件中的噪声是一种随机变量，特点是变量总和平均值为0，所以利用高斯滤波法去除噪声，能最大限度地减少噪声的影响。

在本发明实施例中，如图2所示，步骤s4包括以下子步骤：

s41：根据前景图像imgn和背景图像pattern得到去除背景图像auxn，并得到其前景像素点数和后景像素点数；去除背景图像auxn的计算公式为：

auxn＝pattern-imgn

s42：根据前景点数和后景点数计算去除背景图像auxn的总平均灰度u，总平均灰度u的计算公式为：

u＝ω0μ0+ω1μ1

其中，ω0为前景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ0为前景像素点数的平均灰度；ω1为后景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ1为后景像素点数的平均灰度；

s43：根据总平均灰度u计算3d打印过程中不同时刻的类间方差g，得到类间方差g最大时的阈值t，并将阈值t时刻的图像作为二值化图像；类间方差g的计算公式为：

g＝ω0(μ0-μ)²+ω1(μ1-μ)²

其中，ω0为前景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ0为前景像素点数的平均灰度，ω1为后景像素点数占去除背景图像auxn像素点数的比例，μ1为后景像素点数的平均灰度，u为去除背景图像auxn的总平均灰度u。

在本发明中，图像二值化是计算物体轮廓的关键一步，能初步判定是否出现断丝情况，便于后续步骤判定，增加判定结果的准确性。

在本发明实施例中，如图1所示，步骤s5中，扫描二值化图像的每个像素的方式是从上到下，从左到右。在本发明中，从上到下，从左到右的扫描方式能完整覆盖二值化图像的每个像素，避免出现判断失误的情况。

在本发明实施例中，如图1所示，s7中，通过判断3d打印模型连通组件的面积是否增加来判断3d打印模型连通组件的高度是否增加。在本发明中，通过计算3d打印模型连通组件的面积是否增加更加准确快捷的判断高度是否增加。

本发明的工作原理及过程为：首先采用摄像头获取初始图像。

由于摄像头的分辨率大于100万像素，获取的数据量大，后期的处理时间占用比较长，且镜头存在边缘效应，初始图像的边缘部分会失真，因为需要对初始图像进行裁剪，适当的裁剪不会影响中心区域的图像质量。以大小为1280×720的图像为例，裁剪后得到大小为512×512的图像，便于后续处理。

然后为了减少噪声对3d打印喷嘴是否断丝检测的判定干扰，需要对图形进行去噪处理，并进行二值化，得到二值化图像。

对二值化图像进行扫描，判断3d打印模型连通组件的轮廓是否连通和高度是否增加，以此完成3d打印断丝快速判定。

本发明的有益效果为：在长时间进行的3d打印的过程中，一旦出现断丝的情况，本发明的3d打印断丝判定方法能够及时判定异常情况的发生，以免浪费3d打印材料和打印时间，提高了打印效率和良品率，能更好的提升用户体验。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。