基于图像矢量化的机械手绘图的研究

论文摘要

本课题借鉴基于图形图像的数控雕刻的思想,在海尔哈工大机器人公司研制的三自由度直角坐标机械手平台上开发了一个PC环境下基于图像的机械手绘图软件系统。该系统软件能够对输入到机械手PC机中的点阵字符和线条图像进行识别转化及矢量化处理,并控制机械手在指定的位置以设定的速度绘出图形,同时具有路径优化的功能。在实际应用中,根据末端执行器的不同,可以完成绘图、雕刻、涂胶等工作,具有效率高、速度快等特点。首先,本文介绍了数字图像处理的一些基本概念及相关理论,通过轮廓提取和细化得到了基于机械手绘图的单像素宽度的线条图像。其次,对二值化图像的轮廓跟踪进行分析,提出了一种基于单像素宽度图像的线条跟踪算法,该算法能够实现图像中线条数目的最小化,避免了对一条轮廓进行多次跟踪导致的实际绘图中机械手空行程次数的增加和实际绘出图形的失真,在此基础上建立了线条图像的链串式表示。引入交叉数的概念,对线条图像中的封闭轮廓和分枝点进行了优化处理。再次,结合机械手实际运动中的直线插补和圆弧插补,分别用分段折线拟合和直线圆弧混合拟合实现了点阵数据的矢量化。最后,在机械手平台上分别对点阵字符和线条图像完成了绘图实验,并结合由线条跟踪导致的机械手实际绘图中的每一次空行程距离过长,提出了一种“就近距离落笔”的路径优化的算法。通过对比机械手实际绘出的图形和原始图片,验证了各部分所用算法的有效性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 基于图形图像数据处理的雕刻技术研究综述
• 1.3 图像矢量化技术研究综述
• 1.3.1 图像矢量化的目的和意义
• 1.3.2 图像矢量化方法研究与应用现状
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 图像的预处理及线条图像的获取
• 2.1 引言
• 2.2 数字图像基础
• 2.3 图像的预处理
• 2.3.1 灰度化
• 2.3.2 二值化
• 2.4 单像素宽度线条图像的获取
• 2.4.1 轮廓提取
• 2.4.2 细化
• 2.5 本章小结
• 第3章 图像轮廓和细化骨架的线条跟踪
• 3.1 引言
• 3.2 线条图像的表示方法
• 3.3 二值图像的轮廓跟踪
• 3.4 单像素宽度图像的线条跟踪
• 3.4.1 线条跟踪
• 3.4.2 像素点坐标数据的保存
• 3.4.3 封闭线条及分枝点的优化处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于机械手绘图的图像矢量化
• 4.1 引言
• 4.2 分段折线拟合矢量化
• 4.2.1 角点检测
• 4.2.2 锯齿消除
• 4.2.3 直线拟合
• 4.3 直线圆弧混合拟合矢量化
• 4.4 本章小结
• 第5章 软件编写及机械手绘图实验
• 5.1 软件编写
• 5.1.1 图像处理部分软件编写及其实现
• 5.1.2 点阵数据矢量化及机械手控制部分软件设计
• 5.2 实验平台介绍
• 5.3 机械手绘图实验
• 5.3.1 分段折线拟合机械手绘图实验
• 5.3.2 直线圆弧混合拟合机械手绘图实验
• 5.3.3 机械手绘图路径优化
• 5.3.4 复杂线条卡通画绘图实验
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢