一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法与流程

本发明涉及孔装饰板加工技术领域，尤其涉及一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法。

背景技术：

艺术冲孔装饰板，是一种新型的装饰铝板产品。其通过利用孔与背景衬托效果、镂空差异对比等，以孔来模拟像素分布来实现“照片化”或“图像化”效果，使得装饰板具有更强的艺术化效果、可定制性强、样式更加精美，常要用于地铁、机场等大型公共场所或大型建筑的装饰。通过数控设备即可进行加工，加工过程简单，但需要进行复杂的前期加工准备，以获得详细的加工工艺数据，以编写数控加工程序。在过去获取加工工艺数据的方式是以部分艺术家的‘打孔作画’型艺术作品作为参考，通过大量人力劳动进行观察、分析与人工测量，再与定制图像进行对照与模拟，通过工人经验确定转化过程中由图像转化成的孔的位置分布、大小、密度等参数，再将获得数据转化编写为数控加工程序，然后输入数控加工设备实现艺术冲孔装饰板的制造。

虽然已有公开的关于读取图像并生成加工工艺信息的艺术冲孔装饰板孔设计集成解决方案，但仍存有许多不足，其通常采用的排列方式均为等间距、等密度、定方向，变孔径的孔排布设计方式，变量少，同时受到孔径种类过少的限制，组合样式少，对图像细节特征表现能力弱，成像效果较为模糊、失真，成像能力弱，极大抑制了艺术冲孔装饰板质量与附加价值的提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法，实现变方向、变间距、变密度、变孔径的多种变量组合孔排布的方式，提高对图像细节特征的表现能力，提高成像质量和成像效果，优化孔装饰板的成像能力与产品质量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法，包括如下步骤：

(1)将孔装饰板的彩色定制图像导入系统，并转化为灰度图片；

(2)将灰度化后的图像进行特征分割，形成多个独立的特征区域；

(3)特征内孔排布：

a.特征定位与特征分类：根据特征区域的最小包围矩形进行特征定位，并确定孔排布方向和查询范围；根据特征的长宽比和亮度变化波动程度对特征进行分类；

b.选择特征排布的方法：根据特征的分类选用不同孔的排布方法，所述排布方法指对孔径范围、间距/密度范围和排布方向变量的组合，对特征区域内进行孔的排布，确定打孔位置和孔径，并记录储存加工信息；

(4)边界孔排布：

a.特征重构：连接特征区域的最外围孔的坐标中心，形成特征多边形；

b.裁切特征边界区域：对各个特征区域间的边界区域裁切成条状过渡边界；

c.特征边界排布：根据过渡边界确定孔的排布和孔径，并记录存储加工信息；

(5)工艺信息整合：对特征内和过渡边界的加工信息进行汇总整理，生成完整的艺术冲孔装饰板的制造工艺信息；

(6)将所述制造工艺信息导入数控加工设备系统中，对艺术冲孔装饰板进行数控打孔加工工序。

进一步说明，步骤(3)中所述根据特征区域的最小包围矩形进行特征定位，并确定孔排布方向和查询范围，包括如下步骤：

a.求出特征区域的最小包围矩形，并以矩形中心作为特征的几何中心，获得特征定位的基准与相对坐标原点；

b.以最小包围矩形长边作为孔排布的二维相对坐标系的x轴方向，短边为y轴方向，确定孔排布方向；并根据矩形的角点，确定查询范围。

进一步说明，步骤(3)中所述根据特征的分类选用不同孔的排布方法，对该特征区域内进行孔的排布，确定打孔位置和孔径，包括如下步骤：

a.根据特征的分类选用单变量模式或双变量组合模式；

b.根据特征区域的平均亮度与特征区域标准差大小，确定模式中的间距范围与孔径范围；

c.将确定的间距范围和孔径范围进行组合，并由该特征区域的大小决定对应该特征的样式划分区间的数量和具体样式，即具体间距/密度与具体孔径的搭配样式；

d.在最小包围矩形内对特征区域按照x，y方向进行逐点查询，若是特征内的点，则查询该点灰度，由灰度映射具体对应样式；

e.由样式取得间距，最终确定打孔位置；

f.查询样式获得孔径，与打孔位置构成事务一体关系；

g.记录储存该特征区域内的各点位置与孔径的加工工艺信息。

进一步说明，步骤(4)的特征重构中，所述最外围孔是以特征区域的中心为坐标原点建立极坐标，沿极坐标来获取最外围孔。

进一步说明，步骤(4)的特征重构中，还包括以特征区域内的最大孔间距作为偏移距离，对所述特征多边形向外偏移。

进一步说明，步骤(4)中所述对各个特征区域间的边界区域裁切成条状过渡边界，包括如下步骤：

a.将定制图像与各个重构的特征多边形求差，获得整体边界区域连接图；

b.找出对两两相邻的特征区域的边界线，确定边界线的角点；

c.剔除重复边界角点；

d.以各角点作为边界图像的裁断位置，将所述整体边界区域连接图进行裁断，裁切成条状过渡边界。

进一步说明，步骤(4)中所述根据过渡边界确定孔的排布和孔径，包括如下步骤：

a.获取过渡边界两边的特征的中心位置，连线，并以该方向作为边界的孔排布方向；

b.获取过渡边界两边的各自的小块边缘区域的平均亮度，再求两者的平均值，确定过渡亮度；

c.由该过渡亮度查询边界样式表，确定过渡边界区域内孔径的大小；

d.沿定制图像的平面坐标系方向对过渡边界进行孔排布，并记录存储加工信息。

进一步说明，步骤(2)还包括图像腐蚀，所述图像腐蚀是根据图像的大小对每一特征区域进行定量腐蚀和收缩特征区域边界。

进一步说明，步骤(1)中所述彩色定制图像若是彩色rgb图像，则按照0.11b+0.59g+0.30r比例转化为灰度图片；若是cmyk、hsv或ycbcr颜色的空间图片，则先转化至rgb的颜色空间中，再按照0.11b+0.59g+0.30r比例转化为灰度片。

进一步说明，步骤(5)中还包括对汇总后的特征内和过渡边界的加工信息，重新根据特征位置进行排序，再根据孔径大小拆分成多个部分，生成完整的艺术冲孔装饰板的制造工艺信息。

本发明的有益效果：通过对特征的形状和亮度变化确定特征的孔排布方向和特征的分类，并在孔的自动排布设计过程中，根据不同的特征，采用不同的孔径范围、间距/密度变化范围和排布方向的组合，实现变方向、变间距、变密度、变孔径的多种变量组合孔排布的方式，组合数量大幅增加，最大程度提高孔的变化能力，提高对图像细节特征的表现能力，提高成像质量和成像效果，优化孔装饰板的成像能力与产品质量，实现在多变量组合中由特征作为联系相关的因素，使得整副图像中各特征能有效统一。并且对图像细节的特征分别进行了特征内和过渡边界的孔排布设计，有效处理特征过渡以及特征间干涉问题，有利于基于特征的排布有效实现，最终提高艺术冲孔装饰板的产品质量与附加价值。

附图说明

图1是本发明一个实施例的基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法的流程示意图；

图2是本发明一个实施例的特征内孔排布设计方法的流程示意图；

图3是本发明一个实施例的边界孔排布设计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法，包括如下步骤：

(1)将孔装饰板的彩色定制图像导入系统，并转化为灰度图片；

(2)将灰度化后的图像进行特征分割，形成多个独立的特征区域；

(3)特征内孔排布：

a.特征定位与特征分类：根据特征区域的最小包围矩形进行特征定位，并确定孔排布方向和查询范围；根据特征的长宽比和亮度变化波动程度对特征进行分类；

b.选择特征排布的方法：根据特征的分类选用不同孔的排布方法，所述排布方法指对孔径范围、间距/密度范围和排布方向变量的组合，对特征区域内进行孔的排布，确定打孔位置和孔径，并记录储存加工信息；

(4)边界孔排布：

a.特征重构：连接特征区域的最外围孔的坐标中心，形成特征多边形；

b.裁切特征边界区域：对各个特征区域间的边界区域裁切成条状过渡边界；

c.特征边界排布：根据过渡边界确定孔的排布和孔径，并记录存储加工信息；

(5)工艺信息整合：对特征内和过渡边界的加工信息进行汇总整理，生成完整的艺术冲孔装饰板的制造工艺信息；

(6)将所述制造工艺信息导入数控加工设备系统中，对艺术冲孔装饰板进行数控打孔加工工序。

本发明提出的一种基于特征的孔排布设计的艺术冲孔装饰板的制造方法，应用于艺术冲孔装饰板的设计过程或其设计制造优化系统的设计模块中，其整体流程步骤如图1所示。

所述制造方法针对该孔装饰板的成像原理及特点，克服现有的孔排布技术方法的不足，采用了新的设计思路，提高设计效果，首先基于特征的形状和亮度变化确定特征的孔排布方向和特征的分类，再根据特征的分类信息决定特征区域内的孔排布的方法，也就是在孔的自动排布设计过程中，对于不同的特征，则采用的孔径范围、间距/密度变化范围和排布方向的组合是不同的，从而实现了变方向、变间距、变密度、变孔径的多种变量组合排布的方式，组合数量大幅增加，最大程度提高孔的变化能力，提高对图像细节特征的表现能力，提高成像质量和成像效果，优化孔装饰板的成像能力与产品质量，使得特征更加突出，在装饰板中的特征形状更加突出，对于复杂图像，特征突出意味着显示效果越好，同时实现在多变量组合中由特征作为联系相关的因素，使得整副图像中各特征能有效统一。另外，还对图像细节的特征进行多步骤处理，分别进行了特征内和过渡边界的孔排布设计，有效处理特征过渡以及特征间干涉问题，有利于基于特征的排布有效实现，最终提高艺术冲孔装饰板的产品质量与附加价值。

进一步说明，步骤(3)中所述根据特征区域的最小包围矩形进行特征定位，并确定孔排布方向和查询范围，包括如下步骤：

a.求出特征区域的最小包围矩形，并以矩形中心作为特征的几何中心，获得特征定位的基准与相对坐标原点；

b.以最小包围矩形长边作为孔排布的二维相对坐标系的x轴方向，短边为y轴方向，确定孔排布方向；并根据矩形的角点，确定查询范围。通过利用特征区域的最小包围矩形，来实现由特征区域的形状确定特征的定位、孔排布方向和查询范围，以更加便于对特征区域进行孔的排布，其中，由于不同的特征适合的方式不一样，需要选用不同变量的组合模式。虽然变间距与变密度定义不同，即变间距常指x,y方向相等大小改变，变密度常指沿x方向变化，y方向相同，但两者是同时存在的，因此在组合模式分配时，两者不进行组合，从而有效确定特征的孔排布方向。

进一步说明，步骤(3)中所述根据特征的分类选用不同孔的排布方法，对该特征区域内进行孔的排布，确定打孔位置和孔径，包括如下步骤：

a.根据特征的分类选用单变量模式或双变量组合模式；

b.根据特征区域的平均亮度与特征区域标准差大小，确定模式中的间距范围与孔径范围；

c.将确定的间距范围和孔径范围进行组合，并由该特征区域的大小决定对应该特征的样式划分区间的数量和具体样式，即具体间距/密度与具体孔径的搭配样式；

d.在最小包围矩形内对特征区域按照x，y方向进行逐点查询，若是特征内的点，则查询该点灰度，由灰度映射具体对应样式；

e.由样式取得间距，最终确定打孔位置；

f.查询样式获得孔径，与打孔位置构成事务一体关系；

g.记录储存该特征区域内的各点位置与孔径的加工工艺信息。通过变化幅度与整体亮度状况来识别该特征的分类，从而确定选用的组合模式，通过采用了特征区域内的平均亮度与标准差的大小来判别模式中的间距范围与孔径范围，并进行组合，再由灰度映射具体样式，并由具体样式确定的打孔位置和孔径构成务一体关系，从而通过变方向、变间距、变密度、变孔径的多种变量组合排布的方式，实现特征内的孔的有效排布，使得效果多样化，大幅提高图像细节特征表现能力，并且多特征间共用一套最终映射标准，确保始终保持特征间的强弱关系，有效保证图像成像过程中特征表现的协调性。

进一步说明，步骤(4)的特征重构中，所述最外围孔是以特征区域的中心为坐标原点建立极坐标，沿极坐标来获取最外围孔。通过获取最外围孔来实现特征重构，形成特征多边形，从而对特征过渡边界的孔排布提供条件，寻找出真实孔排布的区域，避免特征间或特征与边界间的孔发生干涉。所述最外围孔还可以通过以特征区域的中心为坐标原点，建立包围盒，再根据包围盒建立极坐标，沿极坐标来获取最外围孔。

进一步说明，步骤(4)的特征重构中，还包括以特征区域内的最大孔间距作为偏移距离，对所述特征多边形向外偏移。通过对获得的特征多边形向外偏移膨胀，有效避免边界打孔与特征内打孔发生干涉或孔间间隙过小的问题。

进一步说明，步骤(4)中所述对各个特征区域间的边界区域裁切成条状过渡边界，包括如下步骤：

a.将定制图像与各个重构的特征多边形求差，获得整体边界区域连接图；

b.找出对两两相邻的特征区域的边界线，确定边界线的角点；

c.剔除重复边界角点；

d.以各角点作为边界图像的裁断位置，将所述整体边界区域连接图进行裁断，裁切成条状过渡边界。由于在定制图像的整体范围内，其图像细节特征区域已经通过特征区域内进行孔排布，并在同时提取了特征区域内的孔径加工信息基础上，将其边界区域裁切成条状过渡边界，有利于对剩下的各个特征区域间的过渡边界区域进行加工信息获取，从而有效确定孔排布。

进一步说明，步骤(4)中所述根据过渡边界确定孔的排布和孔径，包括如下步骤：

a.获取过渡边界两边的特征的中心位置，连线，并以该方向作为边界的孔排布方向；

b.获取过渡边界两边的各自的小块边缘区域的平均亮度，再求两者的平均值，确定过渡亮度；

c.由该过渡亮度查询边界样式表，确定过渡边界区域内孔径的大小；

d.沿定制图像的平面坐标系方向对过渡边界进行孔排布，并记录存储加工信息。由于过渡边界主要是进行各个特征区域间的过度，该过渡边界区域狭长，因此沿过渡(垂直边界)方向所能容纳孔的数量不多，为此无需考虑变间距或变密度，主要针对孔的排布对齐方向和孔径进行考虑，从而实现过渡边界区内的孔的排布。所述进行孔排布包括根据裁切成条状过渡边界，求最小包围矩形，根据最小包围矩形的长、短边确定坐标系；在最小包围矩形内根据孔排布方向和坐标系对边界进行逐点查询，若是符合边界的点，则查询该点灰度，由灰度映射具体对应样式，由样式取得间距，确定打孔位置。

进一步说明，步骤(2)还包括图像腐蚀，所述图像腐蚀是根据图像的大小对每一特征区域进行定量腐蚀和收缩特征区域边界。其中进行图像腐蚀的目的是为了收缩特征区域边界与特征打磨，避免特征区域排布范围干涉的问题，并且同时去掉狭长或尖锐的不易排布处理的特征边角，以便于有效进行后续的特征内和过渡边界的孔的排布。

进一步说明，步骤(1)中所述彩色定制图像若是彩色rgb图像，则按照0.11b+0.59g+0.30r比例转化为灰度图片；若是cmyk、hsv或ycbcr颜色的空间图片，则先转化至rgb的颜色空间中，再按照0.11b+0.59g+0.30r比例转化为灰度片。从而有效适合于不同类型的彩色定制图像，灰度处理方便简单，其适应性更广。

进一步说明，步骤(5)中还包括对汇总后的特征内和过渡边界的加工信息，重新根据特征位置进行排序，再根据孔径大小拆分成多个部分，生成完整的艺术冲孔装饰板的制造工艺信息。所述孔排布方法通过对特征区域按照腐蚀收缩、排布、排布范围膨胀、裁除剩余边界、边界裁断以及边界排布等方式，从而实现了在最大程度上兼顾特征内与特征边缘，有效保证了图像不因选用基于特征的方式而出现边界干涉、边界空缺等问题，提高孔装饰板成像的稳定性。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。