具有清晰轮廓的复杂二维图像失量化处理及数控加工.doc
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1、具有清晰轮廓的复杂二维图像矢量化处理及数控加工 摘要:伴随着全球数字化的不断发展,目前网络已经消消地潜入到了我们生活之中,涉及的领域之广已经超出了我们的想像,其中工程项目尤为突显。我国工业方面一直被认定为是全球的“领军”大国,但是目前制造业水平还是远不及发展国家。好多的工厂还是使用传统机床,虽然目前已经逐步转化形式,从手工不断向数控发展,但是针对现有的数控加工设备还是不能完美的处理工艺不同阶段的各个流程,对于清晰轮廓的复杂二维图像操作还需要进一步的研究。 为了使得复杂轮廓图像更加频繁的进入我们的工厂,本课题的研究通过多个软件,从而进行了探讨。首先利用平日的摄影技术对图像进行采集。接下来进行图片
2、预处理,包括对工件轨迹图像进行滤波、锐化、灰度处理、边缘检测等,将图片矢量化,该环节主要采用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline软件。然后经过 Auto Cad 软件进行拟合,将形成的矢量图进行修改完善。最后利用 CAD/CAM软件(UG8.0)将CAD格式的轮廓转化为可以识别的文件,利用CAM加工模块自动生成数控加工程序,经过检验后输入到数控机床进行加工。 通过数字图像处理技术与数控加工相结合的方法从根源上弥补了目前CAD/CAM 软件不可以直接打开位图图像进行数控加工程序生成的不足,同时增加了数控机床对复杂轨迹进行加工的效率,很好的解决实际生产问题。 关
3、键词:边缘检测;矢量化;格式转换;数控编程IHave a clear outline of complex two-dimensional image vector quantization Richard and nc machining Abstract:With the development of global computer networks, current computer can not do without us, and gradually infiltrated into every field in our computer-aided software engine
4、ering project has been fully widely used. Our industrial sector though has been the major powers of the world, but still less than the current level of development of the national manufacturing sector. Many factories still use traditional tools, although now gradually infiltrated into the NC operati
5、ons, but for various processes existing CNC machining equipment is not a perfect treatment process for the clear outline of a complex two-dimensional image operation needs further study.In order to make more frequent complex contour image into our factory, research of this subject by multiple softwa
6、re, which was discussed. Firstly weekdays photography image acquisition. Then perform image preprocessing, including the trajectory of the workpiece image filtering, sharpening, gradation processing, edge detection, the image vectorization, which links the main use Adobe Photoshop CS6 and Adobe Stre
7、amline software. Then through Auto Cad software fitting vector will be formed to revise and improve. Finally, the use of CAD / CAM software (UG8.0) will outline CAD formats into a file that can be recognized, the use of CAM processing module automatically generates the NC program, after the test inp
8、ut to the CNC machine tools for processing.Reference image processing and CNC machining combination makes up the current CAD / CAM software can not directly extract bitmap images disadvantage NC program generation, while improving CNC machine tool for complex machining trajectory efficiency, a good
9、solution to the actual production problems . Keyword:Edge Detection;Vectorization;Format Conversion; NC programmingII目 录摘要IAbstractII目录1 绪论11.1 数字图像处理的概括11.1.1 数字图像处理的发展以及现状21.1.2 数字图像处理的特点21.2 矢量图的概括31.3 数控加工处理技术的概括41.4 本文研究的内容51.4.1 课题提出的意义51.4.2 论文的内容安排52 图像的采集与确定73 图像的预处理93.1 图像的增强93.2 图像的灰度处理11
10、3.3 图像的二值化处理123.4 图像边缘检测133.5 矢量图的呈现144 数控加工程序的生成154.1 CAM模块的介绍154.2 线切割加工生成刀具轨迹154.3 二维轮廓等距算法154.4 生成数控加工程序164.5 验证与校核185 总结20III参考文献21致谢22IV1 绪论1.1 数字图像处理的概括在我们的日常生活中,图像应该就是可以用肉眼看到的画面,它包括:纸上面的、胶卷上的、电脑屏幕上的等等。它们根据记录方式的不同可以分为模拟图像和数字图像这两大类,其中前者是通过某些物理量,比如说根据光、电的强弱的变化就可以来描述一张图片;而后者则是使用计算机收藏的数据来记录图像上各像素
11、点的信息。目前图像存储在计算机中常用的格式有:BMP、PNG、PSD、JPG、PSD等。想要将这些图像应用于各领域,比如机械、电子、航空航天、纺织、轻工以及建筑等各个领域,这就需要进行图像进行基础的处理。析、加工和处理等。而数字图像处理(digital image processing)就是利用电脑对目标图像进行转换处理的的一种技术1。通过对数字图像进行处理可以使图像进行基础的修改,例如通过降噪,锐化等改善获得的图像质量,或是从整个图像中提取有效信息,并且还可以对图像进行体积压缩,便于传输和保存。通过数字处理后的图像目前主要可以分为 图1.1常见位图(左)和矢量图(右) 画制作软件3Dmax等
12、这些都是目前比较出色的图像处理软件;另外AutoCAD、Pro/E、UG、MDT、CAXA电子图版等等,这些后面的也是使用率极高的软件,它们主要应用的领域是工程领域,均可以绘制矢量图形,用数字的形式描述了图像中各个像素所含的信息,可以单独地完整地对矢量图形及部元进行移动、缩放、旋转等处理转换,得到所需要的处理。1.1.1 数字图像处理的发展以及现状纪六十年代。1964年美国喷气式推进实验室(JPL)运用数字技术对旅行者7号从月球获取的大量照片进行质量的修改之后,成功得获得了第一次案例。之后在1972年英国EMI公司的工程师 Hounsfield 推出了可以诊断头颅的X射线,并将其形成的断层图像
13、呈现于计算机的装置,也就是我们目前我们都很熟悉的 CT(Computer Tomograph L),这项研究的发明使数字图像处理在医学上展开了新的篇章。之后随着不断发展的脚步,于1975年该公司又成功研制出了可以鲜明清晰地查看全身图像的扫描CT装置。终于所有辛勤努力都是会有收获的,在1979 年该技术获得了诺贝尔奖,代表它对人类做出了跨时代的贡献。从那以后人们建立了图像理解(计算机视觉) 技术,也就是通过计算机构建数字化的人类视觉系统。其中具有代表性的,Marr在二十世纪七十年代末发表的视觉计算理论,它为后期计算机数字图像技术的理论发展提供了主导思想;在二十世纪八十年代末期,人们成功的将数字图
14、像处理技术引用到了地理领域。二十世纪九十年代初,数字图像处理技术更加向着多领域发展,比如在1986年,S.Mallat和Y.Meyer在前人大量工作的基础上提出了小波变换的多分辨率分析(Multiresolution Analysis,MRA),详细地讲述了在空间里小波的多分辨率特性,随着空间尺度由大到小变化,可以由粗略到细致的观察图像不同的特征。在大空间里只能看到图像的外围轮廓,在小空间里就可以清晰的查看到各个部位的细节2。之后在小波变换的多分辨率分析的基础上于1989年提出了马拉特(Mallat)算法,有效地将小波分析应用于图像分解和重构。从此图像处理技术与数控加工更加紧密的结合,在各方面
15、都得到了广泛的应用。1.1.2 数字图像处理的特点 目前需要处理的图像大多为二维和三维的。每张图片中所含的信息量都很大, 因此想要用计算机对它进行处理,这就需要计算机的运行速度相对快且存储容量足够;其次数字图像处理占用的频带较宽, 所以在很多的处理环节的实现上所需很高的技术的支持, 且需要支出较高的经费;最后数字图像中各个像素虽说是独立的,但其相关性大,所以图像处理中信息压缩是有很大的潜力的,需要不断的深入研究。数字图像处理的优点如下: 较好的; 应用的需求; 计算机来处理,所以它使用的范围比较宽阔; 其中的代码即可调整使得新的图像呈现。1.2 矢量图的概括为基本单位对图像进行存储,想要将它进
16、行计算机图像处理时对计算机的运行速度和内存都有很高的要求,并且即使计算机性能较好,但是对于各种变换处理,如缩放、旋转、修改等还是很困难的,这对图像的分析、处理、传输以及存储等带来了巨大的不便。矢量图也叫向量图,是记录点、线、面的位置和颜色信息描述的图形,它是由圆、圆弧、直线、折线等许多的图形元素组成的,想要对这种图像进行处理时只要对描述图形的参数进行修改就可以了,比如存储线段只要将该线段端点的坐标记录就可以了,而对于圆弧则记录其圆心坐标、半径、起点与终点。所以,矢量图比光栅点阵图像更方便的进行转换处理。 矢量图形具体的有以下几个特点:第一,边缘显著,可以很清楚看到图像的轮廓;第二,因为是由简单
17、的线条构成的,所以占的内存较小,转换的速度很快;第三,在某些需要使用光栅点阵图的情况下,矢量图形也可以很方便利用计算机图形学的基本方法较为快速的进行转换。对项目都投入了大量的精力,目前也取得了一些成效,如得到了许多的计算方法和处理系统,并且开发了很多的商业化软件,但是图像矢量化处理不是一步就可以操作完成的,仍然需要许多连续的图像处理环节,所以在各种不定的因素的影响下,会导致图像在矢量化处理的研究过程中任何环节都存在着不同的难点: a) 在大量的图像研究的基础上我们逐步推导出对图像信息的矢量化处理,例如光栅点阵图是由多个独立的像素组成的,所以很难从整体进行分析,因此对其进行矢量化处理时很容易将原
18、图像结构破坏,导致图片所表达的部分内容丢失。另外在图像矢量化处理的过程中,很多图像的基本信息也很容易受到外界环境的干扰,如噪音等会导致影响输出的结果;b) 图片通过矢量处理为了在相对计算机中所占的存储空间较少,这就导致原来的位图其特征信息有可能不能全部转换,从而影响后面最终生成的图像的准确性;c) 除此之外在绘制和提取图片等各个环节中,还都可能存在着人为造成的图像的不准确,如图样比较复杂,在绘制中线条画错了或者是直接扫描时不到位。 1.3 数控加工处理技术的概括数控机床是指通过编制数字程序使其机床自动控制零件和刀具位移,形成我们所要求步骤的装置,一般编程步骤如图1.3。从而数控加工指的就是在数
19、控机床上进行零件加工的一种工艺方法。从总体上来说数机床加工与传统机床加工的工艺流程是一样的,但是数控加工明显整体的综合评价要好的多。数控加工是可以自动加工复杂的零件,不用人们守在旁边,节约了很多的时间,且可以保证准确性和速率的前提下满足大批量生产,这是一种现代化的加工手段。目前数控加工技术已经成为判定一个国家制造业水平的标志。制 定 工 艺运 动 轨 迹 计 算编 写 程 序 单制 备 控 制 介 质程 序 校 核 试 切图1.3数控编程的一般过程 国外对于数控加工技术的研究比较先进,最早于20世纪50年代末,美国麻省理工学院(MIT)随着第一台数控机床的诞生,在MIT旋风I型电子计算机上实现
20、了有关于APT(Automatically Programming Tool)的自动编程。在取得一定成功后,美国对其研究进行了深入的探索,组织一些工厂帮助进一步开发了APT语言。 随着计算机辅助设计与制造一体化的发展,目前APT系统已经逐渐被研究出来的CAD/CAM系统所取代。美国洛克希德(Lockheed Corporation)加里福尼亚飞机公司于1972年成功的第一次研制出首个关于CAD/CAM的软件系统。1975年,法国达索飞机公司引进了该系统,并在其基础上研究开发了将三维设计与数控编程合并为一体的图形数控编程系统CATIA。1983年,美国麦克唐纳-道格拉(McDonnell-Dou
21、glasCorporation)公司研制出强大的UG系统,它是一套CAD/CAM集成化的系统,是目前应用最广泛的软件之一。之后相继出现了各种不同的集成数控编程软件,如:Master CAM, Pro/Engineer, Cimatron等。 应对数控化的不断发展,国内对该项研究也做出了大量的工作。最早是华东工学院的EAPT等系统,之后航空公司于70年代自行研制了SKC-1系统,可以自动的完成一系列数控编程。八十年代,我国与德国MBB公司在APTIV/SS的基础上又在合作开发了APTX系统,通过不断地推广该项目于各个工厂取得了非常不错的经济效益。看到前景之后,我国许多高校和企业联手在90年代研制
22、了一系列具有实用性的CAD/CAM系统,其中具有代表性的有华中科技大学与开目集团有限公司开发的开目CAD系统。但是因为我国起步较晚且资金不足、技术有限等主客观因素的影响,与发达国家相比还是有一定的差距的,需要我们更加的努力研究,从而更好地提高我国整体的工业化的实力。1.4 本文研究的内容1.4.1 课题提出的意义 通过对“清晰轮廓的复杂二维图像矢量化”课题的研究将使我们更加了解到数字图像处理的发展历史且可以学会一些有关数字图像处理的方法,对我们将来工作、生活都有一定的意义。另外“数控加工”的研究伴随着全球工业自动化的发展,对我国尤其是广大的中小企业有着重大的意义。两者相结合的开发打开了制造业新
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- 具有 清晰 轮廓 复杂 二维 图像 量化 处理 数控 加工
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