CN113524685B - 校正镜头几何失真的三维打印方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校正镜头几何失真的三维打印方法和设备。该方法包括以下步骤：向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使所述成像面板经投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；通过在所述投影镜头的出光侧的图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集；根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据；根据所述几何失真数据，对待打印三维模型的切片图像数据进行补偿，获得补偿后切片图像数据；以及在三维打印过程中，向所述三维打印设备的成像面板提供所述补偿后切片图像数据。

Description

校正镜头几何失真的三维打印方法和设备

技术领域

本发明涉及三维打印技术，尤其是涉及校正镜头几何失真的三维打印方法和设备。

背景技术

三维(3D)打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

在3D打印过程中，原始的图像经过投影镜头后会产生不同程度的变形和失真，这种失真往往是由于光学透镜的固有特性（例如凸透镜汇聚光线，凹透镜发散光线）造成的，因而无法完全消除。

在工业级的3D打印领域，对打印精度往往具有很高的要求，例如要求打印误差达到±0.1mm。相应的，面阵曝光3D打印设备精度会受到投影镜头的几何失真的影响，而投影镜头的几何失真精度大约为1%左右。这样，在3D打印400mm的量级上，可能存在数毫米以上的误差，因而有必要对投影镜头的失真进行矫正。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种校正镜头几何失真的三维打印方法，该校正镜头几何失真的三维打印方法可以对投影镜头产生的几何失真进行有效的校正。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种校正镜头几何失真的三维打印方法，包括以下步骤：向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使所述成像面板经投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；通过在所述投影镜头的出光侧的图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集；根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据；根据所述几何失真数据，对待打印三维模型的切片图像数据进行补偿，获得补偿后切片图像数据；以及在三维打印过程中，向所述三维打印设备的成像面板提供所述补偿后切片图像数据。

在本发明的一实施例中，所述图像捕获单元设置在位于所述投影镜头的出光侧的承载机构上，所述方法还包括控制所述承载机构沿着二维平面移动以运载所述图像捕获单元获得所述采样图像集。

在本发明的一实施例中，采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集的步骤包括：移动所述图像捕获单元到所述二维平面的多个位置，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像；其中所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集。

在本发明的一实施例中，所述参考图像分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成所述投影图像。

在本发明的一实施例中，每次投影出所述一个或多个光点时，根据预设取样矩阵移动所述图像捕获单元到所述二维平面的对应位置。

在本发明的一实施例中，每次投影时所述成像面板根据所述图像捕获单元所在的位置，投影相应的光点，以使所述图像捕获单元可以采集到所投影的光点。

在本发明的一实施例中，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤包括：确定所述采样图像的各个光点在所述二维平面中的坐标；确定所述各个光点在所述二维平面中的坐标与所述参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

在本发明的一实施例中，所述参考图像的各个参考像素点之间间隔一个或多个非参考像素点，所述采样图像集的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤还包括插值计算所述未采样光点与所述参考图像的对应非参考像素点的映射关系。

本发明还提出一种校正三维打印设备的镜头几何失真的方法，所述三维打印设备包括曝光系统，所述曝光系统包括成像面板和位于所述成像面板的出光侧的投影镜头，所述方法包括以下步骤：向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使所述成像面板经投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；通过在所述投影镜头的出光侧的图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集；以及根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据。

在本发明的一实施例中，采样所述投影图像的至少部分像素点以获得采样图像集的步骤包括：移动所述图像捕获单元到所述图像捕获单元所在的二维平面的多个位置，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像；其中所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集。

在本发明的一实施例中，所述参考图像分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成所述投影图像。

在本发明的一实施例中，根据所述采样图像和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤包括：确定所述采样图像的各个光点在所述二维平面中的坐标；确定所述各个光点在所述二维平面中的坐标与所述参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

在本发明的一实施例中，所述参考图像的各个参考像素点之间间隔一个或多个非参考像素点，所述采样图像的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤还包括插值计算所述未采样光点与所述参考图像的对应非参考像素点的映射关系。

本发明还提出一种校正镜头几何失真的面阵三维打印设备，包括曝光系统、图像捕获装置和控制器。曝光系统包括成像面板和位于所述成像面板的出光侧的投影镜头。图像捕获装置包括图像捕获单元。控制器配置为：向所述成像面板提供参考图像，使所述成像面板经所述投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；控制所述图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集；以及根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据。

在本发明的一实施例中，所述图像捕获装置还包括位于所述投影镜头的出光侧的承载机构，所述承载机构适于运载所述图像捕获单元沿着二维平面移动。

在本发明的一实施例中，所述控制器配置为按照如下方式控制所述图像捕获单元拍摄所述投影图像：

在本发明的一实施例中，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像，其中所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集。

在本发明的一实施例中，所述控制器配置为将所述参考图像分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成所述投影图像。

在本发明的一实施例中，所述控制器配置为在每次投影出所述一个或多个光点时，根据预设取样矩阵控制所述图像捕获单元移动到所述二维平面的对应位置。

在本发明的一实施例中，所述控制器配置为每次投影时控制所述成像面板根据所述图像捕获单元所在的位置，投影相应的光点，以使所述图像捕获单元可以采集到所投影的光点。

在本发明的一实施例中，根据所述采样图像和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤包括：确定所述采样图像的各个光点在所述二维平面中的坐标；以及确定所述各个光点在所述二维平面中的坐标与所述参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

在本发明的一实施例中，所述参考图像的各个参考像素点之间间隔一个或多个非参考像素点，所述采样图像集的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤还包括插值计算所述未采样光点与所述参考图像的对应非参考像素点的映射关系。

在本发明的一实施例中，所述图像捕获单元是可拆卸地设于所述承载机构上。

本发明还提出一种校正镜头几何失真的三维打印设备，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行所述指令以实现如上所述的方法。

本发明还提出一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如上所述的方法。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

本发明的校正镜头几何失真的三维打印方法可以对镜头组产生的几何失真进行有效的校正，改善了投影图像的质量。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印设备的示意图；

图2是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的流程图；

图3是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的参考图像的示意图；

图4是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的投影图像的示意图；

图5A和图5B分别是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的调整前及调整后的打印图像的示意图；

图6是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的采样投影图像的至少部分像素点以获得采样图像的步骤的流程图；

图7是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的采；

图8是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印设备的控制器架构图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与 其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。 此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

本发明的以下实施例提出一种校正镜头几何失真的三维打印方法，该校正镜头几何失真的三维打印方法可以对镜头组产生的几何失真进行有效的校正。

可以理解的是，下面所进行的描述仅仅示例性的，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神的情况下，进行各种变化。

图1是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印设备的示意图。参考图1所示，三维打印设备100包括曝光系统110、图像捕获装置120以及控制器（图未示）。曝光系统110包括光源110a、成像面板111和位于成像面板111的出光侧的投影镜头112。图像捕获装置120包括承载机构121和图像捕获单元122。承载机构121可以带动图像捕获单元122在镜头组112的出光侧沿着二维平面移动，同时应确保图像捕获单元122的成像面和投影镜头112的成像面重合，而该成像面也应该和打印系统的光固化树脂平面重合。控制器向三维打印设备100的成像面板111提供参考图像，使成像面板111经投影镜头112投射投影图像。控制器同时控制承载机构121带动图像捕获单元122沿着二维平面移动，且控制图像捕获单元122拍摄投影图像。控制器依据承载机构121的物理位置、拍摄到的投影图像和参考图像以计算投影镜头112的几何失真数据。在一些实施例中，图像捕获单元122拍摄到的是投影图像的一部分而非完整投影图像，此时拍摄到的是采样图像。后文将以采样图像为例进行说明。举例来说，控制器可以借助承载机构121的物理位置来确定采样图像的各个光点在二维平面上的坐标，并进一步确定各个光点的坐标与参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系，作为几何失真数据。

示例性的，图像捕获单元122可以是数字相机。例如，图像捕获单元122可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）相机和CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合器件）相机，但本实施例并非以此为限，当图像捕获单元成像面足够大的情况下，可以不使用两维移动平台。

在一些示例中，承载机构121的定位精度需要达到±0.01mm，以满足±0.1mm的精度要求。

在图1所示的一个示例中，三维打印设备100还包括工作台130。工作台130包括用于容纳光敏树脂的物料槽（未标示）以及用于连接成型工件的升降台（未标示）。

曝光系统110可以使用能够形成投影图像的各种已知技术。举例来说，在一个实施例中，曝光系统110可以使用数字光处理 (Digital Light Procession, DLP)投影技术。DLP投影成像技术是使用数字微镜元件(Digital Micro mirror Device, DMD)控制对光的反射来实现的。数字微镜元件可视为一镜面。这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。每一个微镜代表一个像素，图像就由这些像素所构成。

在另一个实施例中，曝光系统110还可以使用液晶 (LCD)投影技术。液晶面板中包含了许多像素，每个像素可以单独控制偏振光的偏振方向，配合液晶面板两侧的偏振光滤光器可控制某一像素的光线是否通过，因此经过液晶面板系统的投影是图像化的。

无论是DLP投影技术、LCD投影技术或者其它类似的技术，其分辨率都可能受限于器件本身的分辨率。对DLP投影技术来说，DMD器件的分辨率制约了整个图像曝光系统的分辨率。对LCD投影技术来说，液晶面板的分辨率同样制约了整个图像曝光系统的分辨率。不过，通过改进这些投影技术某一部分环节，可以提高它们所提供的投影图像的分辨率。

图2是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的流程图。图3是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的参考图像的示意图。图4是本发明一实施例的一种存在几何失真的投影镜头投影参考图像的投影示意图。图5是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的打印图像的示意图。

下面结合图1至图5对该校正镜头几何失真的三维打印方法进行说明。

步骤210，向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使成像面板经投影镜头投射投影图像。

将参考图像30提供给三维打印设备100的成像面板111，使成像面板111经投影镜头112投射投影图像40。

在图3所示的一个示例中，参考图像30的外形为矩形。可以理解，参考图像30可以为任意的规则和/或不规则图形或上述的组合。

在本发明的一实施例中，可以将参考图像30分隔成例如图3所示的3×3的矩形阵列，分隔后的参考图像30包含有9个子图像：子图像31，子图像32，... 子图像39。为了反映镜头组的失真，每个子图像中可以有一些点阵、线阵或面阵。为简化起见，每个子图像可以包含点阵。点阵是一些将要被投影的参考像素点（例如301-304）的组合。参考像素点之间可以排列紧密，但参考像素点之间最好有一个或多个非参考像素点的间隔以减少处理资源。举例来说，参考像素点可用于投影成光点，而非参考像素点未被投影，而对应投影图像40中的暗点。

应当注意，对参考图像的分隔方式可以根据本领域技术人员的实际需要而做出相应的调整，本发明对具体的分隔方式并不加以限制。

参考图4所示，图像30在成像面板111上经投影镜头112投射后，形成投影图像40。与图3所示的参考图像30相比，投影图像40发生了几何失真。在图4所示的一个示例中，与参考图像30相对应，投影图像40也包含9个子图像，分别为子图像41，子图像42，...子图像49。每个子图像可包括一个或多个光点，例如子图像41可包括光点401和402。投影图像40的几何失真程度从图像中心到图像边缘逐渐递增。

示例性的，投影图像40位于中心的子图像（子图像45）相比于参考图像30位于中心的子图像（子图像35）的几何失真程度小于投影图像40位于边缘的子图像（例如，子图像41）相比于参考图像30位于边缘的子图像（例如，子图像31）的几何失真程度。

步骤220，通过位于投影镜头的出光侧的图像捕获单元，采样投影图像的至少部分光点以获得采样图像集。

在投影镜头112的出光侧具有图像捕获单元122，图像捕获单元122采样投影图像40的至少部分光点以获得采样图像集。

图像捕获单元122可以足够大，从而一次捕捉整个投影图像40或者投影图像40中需要捕捉的主要部分，得到一幅采样图像，作为前述的采样图像集。示例性的，一幅采样图像可以是投影图像40的一部分。例如，采样图像可以包括子图像41、子图像42，...子图像49中的一个或多个。采样图像还可以是投影图像40中任意相邻或不相邻的区域，但本实施例并非以此为限。

优选的，图像捕获单元122具有较小的尺寸，一次能捕捉投影图像40中的一个或多个光点，例如1-10个光点。相应地，图像捕获单元122设计成可以沿着二维平面移动到多个位置，在每个位置采集投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像，将多个位置的采样图像组成前述的采样图像集。举例来说，图像捕获单元122在每个位置可以只采集一个光点（如401）。

在此，由于一个光点的尺寸大于一个像素点的尺寸，因此可取光点几何中心的像素点或者最亮的像素点，作为光点的代表。

步骤230，根据采样图像集和参考图像计算投影镜头的几何失真数据。

三维打印设备100的控制器可以借助承载机构121的物理位置来确定采样图像的各个光点在二维平面的坐标与参考图像的对应参考像素点坐标之间的映射关系，作为几何失真数据。更具体地说，控制器获得采样图像被采样时承载机构121或图像捕获单元122的二维坐标值，以及光点在采样图像中的物理坐标值，从而确定光点在二维平面中的物理坐标值。进一步，建立采样图像中光点在二维平面的物理坐标值和参考图像30的各参考像素点在参考图像中的坐标之间的映射关系，作为投影镜头112的几何失真数据。在一些实施例中，还可以计算参考图像30投影到前述二维平面后的光点理论位置，并以光点理论位置和实际位置的映射关系，作为几何失真数据。优选的，采样图像可是例如图4所示的投影图像40。

步骤240，根据几何失真数据，对待打印三维模型的切片图像数据进行补偿，获得补偿后切片图像数据。

三维模型数据在输出至成像面板打印之前，会先被切成多个切片图像数据。在本实施例中，将根据几何失真数据对这些切片图像数据进行补偿。补偿可使切片图像反向变形，抵消镜头几何失真带来的扭曲，以达到使投影图像像素点位置精确的目的。采样图像的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，较佳地，按上述计算得到的几何失真数据，还对参考图像中的非参考像素点坐标与采样图像的各光点之间的未采样的光点坐标的映射关系进行插值运算，得到更完整像素点的几何失真数据。

步骤250，在三维打印过程中，向三维打印设备的成像面板提供所述补偿后切片图像数据。在此步骤中，将补偿后的图像向三维打印设备的成像面板提供的打印图像。

根据步骤230确定的投影镜头112的几何失真数据，调整向三维打印设备100的成像面板111提供的打印图像。调整前和调整后的打印图像分别如图5A和图5B所示。相比于图5A中的调整前的打印图像，图5B中的调整后的打印图像根据投影镜头112的几何失真进行了相应的补偿。图6是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的采样投影图像的至少部分光点以获得采样图像的步骤的流程图。

参考图6所示，在本发明的一实施例中，采样投影图像的至少部分光点以获得采样图像包括以下步骤：

步骤610，移动图像捕获单元到二维平面的多个位置，并在每个位置采集投影图像的一个或多个光点，组成一幅采样图像。

参考图1和图4所示，移动图像捕获单元122到二维平面的多个位置，并采集投影图像40的多个光点。示例性的，通过移动图像捕获单元122到二维平面的四个位置，可以分别采集投影图像40上的光点401-404。在一些示例中，还可以移动图像捕获单元122到二维平面的更多位置，以采集投影图像40的更多个光点。

步骤620，将多个位置的采样图像组成采样图像集。

其中，上述多个光点401-404等组成如图7所示的采样图像70。

在一个实施例中，为了配合分多次采样的方式，参考图像同样可以分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成例如图4所示的投影图像。每次投影一个或多个光点到一个位置，让图像捕获单元122采集这些光点以获得一幅采样图像。

图7是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印方法的采样图像的示意图。在图7所示的一个示例中，图像捕获单元122采集了图4所示的投影图像40上的多个光点，包括标记的四个光点：光点401、光点402、光点403和光点404。应当理解，移动图像捕获单元122可以采集投影图像40上任意大于或等于3个光点。优选的，移动图像捕获单元122可以采集由投影图像40上的全部光点，使得采样图像等于投影图像40。可以理解，这些光点可以是一次或者多次采集，下面描述多次采集的示例性做法。

在本发明的一实施例中，可以根据预设取样矩阵移动图像捕获单元到二维平面的多个位置。例如，在图4所示的一个示例中，可以根据预设取样矩阵（图未示）移动图像捕获单元122到二维平面的多个位置并在每个位置采集投影图像40的一个或多个光点。示例性的，该取样矩阵可以是10×20的阵列。

在本发明的另一实施例中，也可以在每次投影时，控制器先从承载机构121得知图像捕获单元122所在的位置，将此位置信息以坐标形式告知成像面板111。成像面板111可根据图像捕获单元122所在的位置，使用参考像素点投影相应的光点，使得图像捕获单元122能够在拍摄范围内捕获这些光点。

在本发明一些实施例中，取样矩阵的中心可以与投影图像40的光点400重合。优选的，该取样矩阵可以覆盖投影图像40。

之后，可以使用确定采样图像的各个光点在二维平面中的坐标。这可通过图像捕获单元122在二维平面中所在的位置以及各个光点在图像捕获单元122中的坐标来确定。接着，可以确定各个光点在二维平面中的坐标与参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

示例性的，参考图3和图7所示，根据由图像捕获单元122采集的包括四个光点401-404构成的采样图像70，以及参考图像30中对应这些光点的一些参考像素点301-304，可以建立各个点坐标间的映射关系。这种由矩形到桶形的变形反映了镜头的几何失真。

在本发明的一实施例中，上述根据采样图像和参考图像确定投影镜头的几何失真的步骤还包括对未采样光点与参考图像的对应非参考像素点的映射关系进行插值运算。

示例性的，可以对图7所示的采样图像70中的多个像素点之间的未采集像素点的几何失真数据进行插值运算。

三维打印设备100的控制器结合前文描述的映射关系及插值运算后的结果，可以确定出投影镜头112的几何失真。根据该几何失真计算出相应的修正量，从而对向三维打印设备100的成像面板111提供的打印图像进行反向补偿。

本发明的以上实施例提出了一种校正镜头几何失真的三维打印方法，该校正镜头几何失真的三维打印方法可以对投影镜头产生的几何失真进行有效的校正。

本发明的另一方面提供一种校正三维打印设备的镜头几何失真的方法，该校正三维打印设备的镜头几何失真的方法可以对三维打印设备的镜头几何失真进行有效的校正。

参考图1所示，三维打印设备100包括曝光系统110，曝光系统110包括成像面板111和位于成像面板111的出光侧的投影镜头112。

在一些示例中，三维打印设备100还包括图像捕获装置120以及控制器（图未示）。图像捕获装置120包括承载机构121和图像捕获单元122。承载机构121可以带动图像捕获单元122在投影镜头112的出光侧沿着二维平面移动。控制器向三维打印设备100的成像面板111提供参考图像，使成像面板111经投影镜头112投射投影图像。控制器同时控制承载机构121带动图像捕获单元122沿着二维平面移动，且控制图像捕获单元122拍摄投影图像。控制器比较投影图像和参考图像以确定投影镜头112的几何失真。

参考图2所示，该校正三维打印设备的镜头几何失真的方法包括以下步骤：

步骤210，向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使成像面板经投影镜头投射投影图像。

步骤220，通过位于投影镜头的出光侧的图像捕获单元，采样投影图像的至少部分光点以获得采样图像。

步骤230，根据采样图像和参考图像计算投影镜头的几何失真数据。

这些步骤的更多细节可参考前文的描述，在此不再展开描述。

参考图6所示，在本发明的一实施例中，采样投影图像的至少部分光点以获得采样图像的步骤包括：

步骤610，移动图像捕获单元到二维平面的多个位置，并采集每个位置的一个或多个光点，组成一幅采样图像。

步骤620，多个位置的采样图像组成采样图像。

本实施例的其他细节可参考前文描述，在此不再展开。

本发明的以上实施例提供了一种校正三维打印设备的镜头几何失真的方法，该校正三维打印设备的镜头几何失真的方法可以对三维打印设备的镜头几何失真进行有效的校正。

本发明的另一方面提供一种校正镜头几何失真的三维打印设备，该校正镜头几何失真的三维打印设备可以对镜头组产生的几何失真进行有效的校正。

图8是本发明一实施例的一种校正镜头几何失真的三维打印设备的控制器架构图。参考图8所示，该校正镜头几何失真的三维打印设备的控制器800可包括存储器810和处理器820。存储器810用于存储可由处理器820执行的指令。处理器820用于执行指令以实现上述校正镜头几何失真的三维打印方法。

在本发明的一些实施例中，控制器800还包括通信端口830、输入/输出设备840以及内部通信总线850。

通信端口830可以负责控制器800与外部设备（图未示）之间的数据通信。输入/输出设备840可以支持控制器800与其他部件之间的输入/输出数据流和图像流。作为举例，输入/输出设备840可以包括以下的部件的一种或多种：键盘、鼠标、摄像头、显示器、扫描仪、触摸屏、手写输入板和麦克风等输入设备或上述的任意组合。输入/输出设备840既可以将各种数值型的数据，也可以将各种非数值型的数据，如图形、影像、声音等输入到控制器800中。内部通信总线850可以实现控制器800中各部件之间的数据通信。

可以理解，本申请的一种校正镜头几何失真的三维打印方法并不限于由一个三维打印设备实施，而是可以由多个联机的三维打印设备协同实施。联机的三维打印设备可以通过局域网或者广域网连接和通信。

本实施例的三维打印设备的其他实施细节可参考图1至图8所描述的实施例，在此不再展开。

本发明的另一方面提供一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，计算机程序代码在由处理器执行时实现上述校正镜头几何失真的三维打印方法。

在本发明的一实施例中，计算机程序代码可以由图8所示的控制器800中的处理器820执行时实现上述校正镜头几何失真的三维打印方法。

举例来说，本申请的一种校正镜头几何失真的三维打印方法可以实施为一种校正镜头几何失真的三维打印方法的程序，保存在存储器810中，并可加载到处理器820中执行，以实施本申请的方法。

本申请的一种校正镜头几何失真的三维打印方法实施为计算机程序时，也可以存储在有计算机程序代码的计算机可读介质中作为制品。例如，计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD))、智能卡和闪存设备(例如，电可擦除可编程只读存储器(EPROM)、卡、棒、键驱动)。此外，本文描述的各种存储介质能代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。术语“机器可读介质”可以包括但不限于能存储、包含和/或承载代码和/或指令和/或数据的无线信道和各种其它介质(和/或存储介质)。

应该理解，上文所描述的实施例仅是示意。本文描述的实施例可在硬件、软件、固件、中间件、微码或者其任意组合中实现。对于硬件实现，处理单元可以在一个或者多个特定用途集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和/或设计为执行本文所述功能的其它电子单元或者其结合内实现。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网) ，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种校正镜头几何失真的三维打印方法，包括以下步骤：

向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使所述成像面板经投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；

通过在所述投影镜头的出光侧的图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集，其中，所述图像捕获单元设置在位于所述投影镜头的出光侧的承载机构上，所述方法还包括控制所述承载机构沿着二维平面移动以运载所述图像捕获单元获得所述采样图像集；其中采样所述投影图像的至少部分光点以获得所述采样图像集的步骤包括：移动所述图像捕获单元到所述二维平面的多个位置，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像，所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集；

根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据；

根据所述几何失真数据，对待打印三维模型的切片图像数据进行补偿，获得补偿后切片图像数据；以及

在三维打印过程中，向所述三维打印设备的成像面板提供所述补偿后切片图像数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考图像分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成所述投影图像。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每次投影出所述一个或多个光点时，根据预设取样矩阵移动所述图像捕获单元到所述二维平面的对应位置。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每次投影时所述成像面板根据所述图像捕获单元所在的位置，投影相应的光点，以使所述图像捕获单元可以采集到所投影的光点。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤包括：

确定所述采样图像的各个光点在所述二维平面中的坐标；

确定所述各个光点在所述二维平面中的坐标与所述参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考图像的各个参考像素点之间间隔一个或多个非参考像素点，所述采样图像集的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤还包括插值计算所述未采样光点与所述参考图像的对应非参考像素点的映射关系。

7.一种校正三维打印设备的镜头几何失真的方法，所述三维打印设备包括曝光系统，所述曝光系统包括成像面板和位于所述成像面板的出光侧的投影镜头，所述方法包括以下步骤：

向面阵三维打印设备的成像面板提供参考图像，使所述成像面板经投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；

通过在所述投影镜头的出光侧的图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集，其中，所述图像捕获单元设置在位于所述投影镜头的出光侧的承载机构上，所述方法还包括控制所述承载机构沿着二维平面移动以运载所述图像捕获单元获得所述采样图像集；其中采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集的步骤包括：移动所述图像捕获单元到所述二维平面的多个位置，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像，所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集；

根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述参考图像分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成所述投影图像。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述采样图像和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤包括：

确定所述采样图像的各个光点在所述二维平面中的坐标；

确定所述各个光点在所述二维平面中的坐标与所述参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述参考图像的各个参考像素点之间间隔一个或多个非参考像素点，所述采样图像的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤还包括插值计算所述未采样光点与所述参考图像的对应非参考像素点的映射关系。

11.一种校正镜头几何失真的面阵三维打印设备，包括：

曝光系统，包括成像面板和位于所述成像面板的出光侧的投影镜头；

图像捕获装置，包括图像捕获单元；

控制器，配置为：

向所述成像面板提供参考图像，使所述成像面板经所述投影镜头投射投影图像，所述参考图像包括多个参考像素点，所述投影图像包括对应所述多个参考像素点的多个光点；

控制所述图像捕获单元采样所述投影图像的至少部分光点以获得采样图像集，其中，所述图像捕获单元设置在位于所述投影镜头的出光侧的承载机构上，所述控制器还配置为控制所述承载机构沿着二维平面移动以运载所述图像捕获单元获得所述采样图像集；其中采样所述投影图像的至少部分光点以获得所述采样图像集的步骤包括：移动所述图像捕获单元到所述二维平面的多个位置，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像，所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集；

根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据。

12.如权利要求11所述的三维打印设备，其特征在于，所述图像捕获装置还包括位于所述投影镜头的出光侧的承载机构，所述承载机构适于运载所述图像捕获单元沿着二维平面移动。

13.如权利要求12所述的三维打印设备，其特征在于，所述控制器配置为按照如下方式控制所述图像捕获单元拍摄所述投影图像：

移动所述图像捕获单元到所述二维平面的多个位置，并在每个位置采集所述投影图像的一个或多个光点以获得一幅采样图像；以及

其中所述多个位置的采样图像组成所述采样图像集。

14.如权利要求13所述的三维打印设备，其特征在于，所述控制器配置为将所述参考图像分成多次投影，多次投影在不同位置的光点组成所述投影图像。

15.如权利要求14所述的三维打印设备，其特征在于，所述控制器配置为在每次投影出所述一个或多个光点时，根据预设取样矩阵控制所述图像捕获单元移动到所述二维平面的对应位置。

16.如权利要求14所述的三维打印设备，其特征在于，所述控制器配置为每次投影时控制所述成像面板根据所述图像捕获单元所在的位置，投影相应的光点，以使所述图像捕获单元可以采集到所投影的光点。

17.如权利要求12或13所述的三维打印设备，其特征在于，根据所述采样图像和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤包括：

确定所述采样图像的各个光点在所述二维平面中的坐标；

确定所述各个光点在所述二维平面中的坐标与所述参考图像的对应参考像素点的坐标之间的映射关系。

18.如权利要求17所述的三维打印设备，其特征在于，所述参考图像的各个参考像素点之间间隔一个或多个非参考像素点，所述采样图像集的各个光点之间间隔一个或多个未采样光点，根据所述采样图像集和所述参考图像计算所述投影镜头的几何失真数据的步骤还包括插值计算所述未采样光点与所述参考图像的对应非参考像素点的映射关系。

19.如权利要求12所述的三维打印设备，其特征在于，所述图像捕获单元是可拆卸地设于所述承载机构上。

20.一种校正镜头几何失真的三维打印设备，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求1-6任一项所述的方法。

21.一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的方法。