一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法及系统，其中该方法包括：输入二维码图像，对镂空区域进行连通性处理，得到连通图像Ic；其中，二维码图像的白色区域为镂空区域，黑色区域为非镂空区域；根据连通图像Ic中每个像素的颜色值，生成映射到单位面积的二维表面网格S；对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M。

3D printed hollowed out two-dimensional code model generation method and system

The invention discloses a method and a system model to generate two-dimensional code can be hollow 3D printing, wherein the method comprises: input two-dimensional code image, the hollow area connectivity, get connected image Ic; the white region of a two-dimensional code image for the hollow area, the black area is non hollow area according to the connection; each pixel of the image in the Ic color value, a two-dimensional surface mesh generation is mapped to the unit area of S; on a two-dimensional surface grid S amplificationd, print out the M 3D hollow model matching with 3D precision printer.

【技术实现步骤摘要】
一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法及系统
本专利技术涉及面向3D打印的几何模型定制领域，尤其涉及一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法及系统。
技术介绍
二维码，又称快速响应码，使用黑白矩形图案表示二进制数据，通过扫描设备可解码获得二维码中包含的信息。近年来，二维码技术日益成熟，尤其对于矩阵式二维码，由于其具有信息容量大、保密性高、容错纠错能力强、译码可靠性高、尺寸可调、制作成本较低等的优点，它已经被广泛的应用于信息检索、信息通讯、电子凭证、广告媒体等领域，并且逐渐渗透进人们的生活当中。3D打印，又称增材制造，常见的3D打印指在计算机的控制下层叠原材料，制作三维物体的过程。随着3D打印技术的迅速发展，打印精度与打印速度逐渐提高，3D打印设备与打印材料的价格逐渐降低，3D打印也被广泛的应用于各个领域。近年来，大量出现纸质二维码暴露出了容易破损、不耐用不环保、易于伪造安全性较低的问题，常见的动态二维码又具有对电子设备与信息安全的依赖性较高的问题。相比以上两种二维码，3D打印二维码具有独立成型、不易更改、不易损坏且使用持久等优点。鉴于3D打印技术的成熟与以上原因，目前已经出现了可3D打印的二维码三维几何模型生成技术，即通过对二维码黑色区域沿面法向量向正方向拉升或向反方向凹陷生成浮雕形式的二维码三维几何模型，因此输入模型都具有厚重的底部，对打印材料的耗费较高。除此之外，现有方法生成的二维码模型在3D打印时，对于模型的底部区域与模型的上浮二维码区域需要两种颜色对比较强的打印材料进行打印，才能保证打印结果能有效的被机器识别并成功解码。然而，生成二维码模型的现有技术存在以下缺陷：(1)现存技术生成的二维码模型无法作为较普遍的单一材料3D打印机的输入模型。(2)由于二维码图像存在大量独立不连通的区域，根据二维码图像生成对应的可3D打印可扫描的镂空二维码模型的问题仍待解决。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，该方法通过用户输入的二维码图像，考虑到3D打印机精度生成相对应的镂空二维码模型，用于单一材料3D打印机的输入模型，最终可打印得到可以扫描并能成功被解码的立体镂空二维码。本专利技术的一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，包括：输入二维码图像，对镂空区域进行连通性处理，得到连通图像Ic；其中，二维码图像的白色区域为镂空区域，黑色区域为非镂空区域；根据连通图像Ic中每个像素的颜色值，生成映射到单位面积的二维表面网格S；对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M。进一步的，对镂空区域进行连通性处理之前，还包括：对二维码图像进行阈值预处理，遍历二维码图像并标记所有不同的独立白色区域。本专利技术通过对二维码图像阈值预处理，再对预阈值后的二维码图像进行独立区域的检测，能够准确得到二维码图像信息，最终提高了连通性处理的精度。进一步的，对镂空区域进行连通性处理的具体过程包括：遍历二维码图像的所有不同的独立白色区域，使用白色直线连接二维码图像中距离最近的两个独立的白色区域，将两个白色区域合并为同一个区域；检测二维码图像的独立白色区域个数是否大于1，若是，则返回上一步；否则，结束连通化处理过程，得到连通图像Ic。本专利技术对任意的二维码图像进行独立区域检测与连通性处理，得到白色区域连通的二维码图像，并据此生成准确地相对应的镂空二维码表面网格，最终得到连通的符合要求的镂空二维码模型。进一步的，生成映射到单位面积的二维表面网格S的具体过程包括：根据扫描线算法，顺序遍历连通图像Ic中的每个像素，其中，连通图像Ic的像素为n×n；若第y+1行且第x+1列的像素颜色为白色，则记为P(x，y)＝1；否则，记为P(x，y)＝0，得到标记集合P，其中，1≤x≤n，n为正整数；遍历标记集合P，若P(x，y)＝1，则添加v0((x-1)/n，(y-1)/n)、v1(x/n，(y-1)/n)、v2((x-1)/n，y/n)和v3(x/n，y/n)这四个顶点，分别添加连接v0与v1、v1与v2、v2与v3、v3与v0提及v0与v2的边，若边已存在，则不添加，得到连通图像Ic映射到单位面积的二维表面网格S。其中，标记集合P与镂空表面网格成线性映射关系。进一步的，对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M的具体过程包括：遍历二维表面网格S的镂空区域，查找到面积最小的镂空区域，并对其求最大内接圆，得到内接圆直径d，计算得到放大倍数m1＝ω/d，其中，ω为3D打印机精度；根据白色直线的宽度w，计算得到放大倍数m2＝ω/w；若m1＞m2，则将二维表面网格S放大m1倍，否则，放大m2倍；将放大后的二维表面网格S按照面法向量，即沿着z轴正方向延伸kω距离，打印出三维镂空模型M，其中，k≥1。其中，k为用户根据需要自定义的打印厚度倍数。本专利技术的第二目的是提供一种可3D打印的镂空二维码模型生成系统。本专利技术的一种可3D打印的镂空二维码模型生成系统，包括：图像连通性处理模块，其用于输入二维码图像，对镂空区域进行连通性处理，得到连通图像Ic；其中，二维码图像的白色区域为镂空区域，黑色区域为非镂空区域；二维表面网格映射模块，其用于根据连通图像Ic中每个像素的颜色值，生成映射到单位面积的二维表面网格S；二维表面网格放大及打印模块，其用于对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M。进一步的，该系统还包括：图像预处理模块，其用于对二维码图像进行阈值预处理，遍历二维码图像并标记所有不同的独立白色区域。进一步的，所述图像连通性处理模块包括：白色区域遍历模块，其用于遍历二维码图像的所有不同的独立白色区域，使用白色直线连接二维码图像中距离最近的两个独立的白色区域，将两个白色区域合并为同一个区域；连通图像生成模块，其用于检测二维码图像的独立白色区域个数是否大于1，若是，则返回上一步；否则，结束连通化处理过程，得到连通图像Ic。进一步的，所述二维表面网格映射模块包括：扫描模块，其用于根据扫描线算法，顺序遍历连通图像Ic中的每个像素，其中，连通图像Ic的像素为n×n；若第y+1行且第x+1列的像素颜色为白色，则记为P(x，y)＝1；否则，记为P(x，y)＝0，得到标记集合P，其中，1≤x≤n，n为正整数；标记集合遍历模块，其用于遍历标记集合P，若P(x，y)＝1，则添加v0((x-1)/n，(y-1)/n)、v1(x/n，(y-1)/n)、v2((x-1)/n，y/n)和v3(x/n，y/n)这四个顶点，分别添加连接v0与v1、v1与v2、v2与v3、v3与v0提及v0与v2的边，若边已存在，则不添加，得到连通图像Ic映射到单位面积的二维表面网格S。进一步的，所述二维表面网格放大及打印模块包括：放大倍数计算模块，其用于遍历二维表面网格S的镂空区域，查找到面积最小的镂空区域，并对其求最大内接圆，得到内接圆直径d，计算得到放大倍数m1＝ω/d，其中，ω为3D打印机精度；根据白色直线的宽度w，计算得到放大倍数m2＝ω/w；若m1＞m2，则将二维表面网格S放大m1倍，否则，放大m2倍；z轴延伸及打印模块，其用于将放大后的二维表面网格S按照面法向量，即沿着z轴正方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，其特征在于，包括：输入二维码图像，对镂空区域进行连通性处理，得到连通图像Ic；其中，二维码图像的白色区域为镂空区域，黑色区域为非镂空区域；根据连通图像Ic中每个像素的颜色值，生成映射到单位面积的二维表面网格S；对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M。

【技术特征摘要】
1.一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，其特征在于，包括：输入二维码图像，对镂空区域进行连通性处理，得到连通图像Ic；其中，二维码图像的白色区域为镂空区域，黑色区域为非镂空区域；根据连通图像Ic中每个像素的颜色值，生成映射到单位面积的二维表面网格S；对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M。2.如权利要求1所述的一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，其特征在于，对镂空区域进行连通性处理之前，还包括：对二维码图像进行阈值预处理，遍历二维码图像并标记所有不同的独立白色区域。3.如权利要求2所述的一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，其特征在于，对镂空区域进行连通性处理的具体过程包括：遍历二维码图像的所有不同的独立白色区域，使用白色直线连接二维码图像中距离最近的两个独立的白色区域，将两个白色区域合并为同一个区域；检测二维码图像的独立白色区域个数是否大于1，若是，则返回上一步；否则，结束连通化处理过程，得到连通图像Ic。4.如权利要求1所述的一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，其特征在于，生成映射到单位面积的二维表面网格S的具体过程包括：根据扫描线算法，顺序遍历连通图像Ic中的每个像素，其中，连通图像Ic的像素为n×n；若第y+1行且第x+1列的像素颜色为白色，则记为P(x，y)＝1；否则，记为P(x，y)＝0，得到标记集合P，其中，1≤x≤n，n为正整数；遍历标记集合P，若P(x，y)＝1，则添加v0((x-1)/n，(y-1)/n)、v1(x/n，(y-1)/n)、v2((x-1)/n，y/n)和v3(x/n，y/n)这四个顶点，分别添加连接v0与v1、v1与v2、v2与v3、v3与v0提及v0与v2的边，若边已存在，则不添加，得到连通图像Ic映射到单位面积的二维表面网格S。5.如权利要求3所述的一种可3D打印的镂空二维码模型生成方法，其特征在于，对二维表面网格S进行放大处理，打印出与3D打印机精度相匹配的三维镂空模型M的具体过程包括：遍历二维表面网格S的镂空区域，查找到面积最小的镂空区域，并对其求最大内接圆，得到内接圆直径d，计算得到放大倍数m1＝ω/d，其中，ω为3D打印机精度；根据白色直线的宽度w，计算得到放大倍数m2＝ω/w；若m1＞m2，则将二维表面网格S放大m1倍，否则，放大m2倍；将放大后的二维表面网格S按照面法向量，即沿着z轴正方向延伸kω距离，打印出三维镂空模型M，其中，k≥1。6.一种可3D打印的镂空二维码模型生成系统，其特征在于，包括：图像连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，杨静如，彭昊，刘霖，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37