基于双摄像头毫米级生物3D打印机出丝宽度测量方法

摘要

本发明公开了一种基于双摄像头毫米级生物3D打印机出丝宽度测量方法。在完成机械安装之后，用户启动生物3D打印机，测量系统利用双摄像头实时采集图像，再进行深度图像处理，经过滤波、锐化及边缘提取、二值化和计算后能够得到较为准确的打印出丝宽度。两路摄像头处理性能优势明显，不仅克服了单摄像头图像采集存在图像视觉死角的缺点，而且在一定程度上补偿了光源造成的视觉误差，实时计算获得出丝的宽度，一改原有生物3D打印设备缺少反馈的缺点。且该发明专利硬件可移植性强，能够作为辅助工具应用于绝大部分3D打印机。产品具有广阔的前景与市场。

主权项

基于双摄像头毫米级生物3D打印机出丝宽度测量方法，其特征在于,该方法具体包括以下步骤：步骤一：以打印机喷头工作原点建立xyz三维坐标轴，即在初始状态下，喷头中心轴线与z轴重合，x轴与成型室工作台短边共线，y轴与成型室工作台长边共线；两个彩色高清摄像头将安装在成型室工作台导轨上，第一彩色高清摄像头在zoy平面，其拍摄方向对准喷头，与xoy平面平行的平面保持θ₁的工作角度，25°≤θ₁≤35°；第二彩色高清摄像头在zox平面，其拍摄方向对准喷头，与xoy平面平行的平面保持θ₂的工作角度，25°≤θ₂≤35°；喷头在x轴的运动分量在第一彩色高清摄像头中能观测到；喷头在y轴的运动分量在第二彩色高清摄像头中能观测到；成型室工作台在初始状态下距离成型室底面500mm，其后在成型过程中，随着每一层成型结束，成型室工作台将下降固定高度，但其在成型过程中始终和xoy平面保持平行；步骤二：打开系统电源按钮，初始化各个模块；步骤三：调节两个彩色高清摄像头的焦距，调节至画面最佳状态，将实时拍摄图像显示在3.5寸TFT液晶屏上；步骤四：启动生物3D打印机，喷头在伺服电机的带动下开始运动成型，此时喷头开始出丝；由于喷头在成型室工作台的轨迹运动，在液晶屏中将会产生相对的移动；步骤五：将图像用傅立叶变换、沃尔什变换进行预处理；步骤六：将步骤五处理后的图像再进行深度图像处理，处理步骤包括滤波、锐化及边缘提取、二值化和计算；滤波：拍摄的图像边缘具有一定的模糊性，在边缘提取之前，对图像进行中值滤波的处理，较好地去除图像中的噪声并避免了图像模糊的加剧；锐化及边缘提取：经过滤波处理后的图像，采用基于梯度的边缘检测法，其一阶微分算子采用Roberts交叉微分算子，二阶微分算子采用Laplacian算子和Wallis算子；二值化：在对图进行完边缘提取后，在基于整幅图像的灰度值统计平均的基础上选择一个阈值Th来对提取的边缘图片进行二值化处理，将图像边缘赋值为黑色并进行存储；计算：将得到的照片数据传入控制器进行处理；生物3D打印机在造型时，会打印正方形的支撑支架；在分析过程中将牵涉到四个量：第一个量，待测丝直径图像上的像素距离：其中x_a表示图像上待测丝边缘上点A的x轴坐标，y_a表示图像上待测丝边缘上点A的y轴坐标；同理，x_b表示图像上待测丝边缘上点B的x轴坐标，y_b表示图像上待测丝边缘上点B的y轴坐标，该量通过图像分析获得；第二个量，正方形支架边长图像像素距离，其中x_c表示A、B点所在的正方形支架的一个顶点C的x轴坐标，y_c表示正方形支架顶点C的y轴坐标；同理，x_d表示点C相邻的正方形支架顶点D的x轴坐标，y_d表示顶点D的y轴坐标；第三个量，正方形支架边长实际距离R_CD，该量是受上位机软件控制，故其准确值是已知的；第四个量，即我们所测量出丝的宽度R_AB；根据比例关系：