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具有清晰轮廓的复杂二维图像失量化处理及数控加工【3张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】

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关键词：: 具有清晰轮廓复杂二维图像失量化处理数控加工 cad图纸毕业论文开题报告具有清晰轮廓的复杂二维图像失量化处理外文翻译

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具有清晰轮廓的复杂二维图像失量化处理及数控加工

26页 10000字数+论文说明书+任务书+开题报告+外文翻译+3张CAD图纸【详情如下】

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具有清晰轮廓的复杂二维图像矢量化处理及数控加工

摘要：伴随着全球数字化的不断发展，目前网络已经消消地潜入到了我们生活之中，涉及的领域之广已经超出了我们的想像，其中工程项目尤为突显。我国工业方面一直被认定为是全球的“领军”大国，但是目前制造业水平还是远不及发展国家。好多的工厂还是使用传统机床，虽然目前已经逐步转化形式，从手工不断向数控发展，但是针对现有的数控加工设备还是不能完美的处理工艺不同阶段的各个流程，对于清晰轮廓的复杂二维图像操作还需要进一步的研究。

为了使得复杂轮廓图像更加频繁的进入我们的工厂，本课题的研究通过多个软件，从而进行了探讨。首先利用平日的摄影技术对图像进行采集。接下来进行图片预处理，包括对工件轨迹图像进行滤波、锐化、灰度处理、边缘检测等，将图片矢量化，该环节主要采用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline软件。然后经过 Auto Cad 软件进行拟合，将形成的矢量图进行修改完善。最后利用 CAD/CAM软件（UG8.0）将CAD格式的轮廓转化为可以识别的文件，利用CAM加工模块自动生成数控加工程序，经过检验后输入到数控机床进行加工。

通过数字图像处理技术与数控加工相结合的方法从根源上弥补了目前CAD/CAM 软件不可以直接打开位图图像进行数控加工程序生成的不足，同时增加了数控机床对复杂轨迹进行加工的效率，很好的解决实际生产问题。

关键词：边缘检测；矢量化；格式转换；数控编程

Have a clear outline of complex two-dimensional image vector quantization Richard and nc machining

Abstract：With the development of global computer networks, current computer can not do without us, and gradually infiltrated into every field in our computer-aided software engineering project has been fully widely used. Our industrial sector though has been the major powers of the world, but still less than the current level of development of the national manufacturing sector. Many factories still use traditional tools, although now gradually infiltrated into the NC operations, but for various processes existing CNC machining equipment is not a perfect treatment process for the clear outline of a complex two-dimensional image operation needs further study.

In order to make more frequent complex contour image into our factory, research of this subject by multiple software, which was discussed. Firstly weekdays photography image acquisition. Then perform image preprocessing, including the trajectory of the workpiece image filtering, sharpening, gradation processing, edge detection, the image vectorization, which links the main use Adobe Photoshop CS6 and Adobe Streamline software. Then through Auto Cad software fitting vector will be formed to revise and improve. Finally, the use of CAD / CAM software (UG8.0) will outline CAD formats into a file that can be recognized, the use of CAM processing module automatically generates the NC program, after the test input to the CNC machine tools for processing.

Reference image processing and CNC machining combination makes up the current CAD / CAM software can not directly extract bitmap images disadvantage NC program generation, while improving CNC machine tool for complex machining trajectory efficiency, a good solution to the actual production problems .

Keyword：Edge Detection;Vectorization;Format Conversion; NC programming

摘要 I

Abstract II

目录 Ⅲ

1 绪论 1

1.1 数字图像处理的概括 1

1.1.1 数字图像处理的发展以及现状 2

1.1.2 数字图像处理的特点 2

1.2 矢量图的概括 3

1.3 数控加工处理技术的概括 4

1.4 本文研究的内容 5

1.4.1 课题提出的意义 5

1.4.2 论文的内容安排 5

2 图像的采集与确定 7

3 图像的预处理 9

3.1 图像的增强 9

3.2 图像的灰度处理 11

3.3 图像的二值化处理 12

3.4 图像边缘检测 13

3.5 矢量图的呈现 14

4 数控加工程序的生成 15

4.1 CAM模块的介绍 15

4.2 线切割加工生成刀具轨迹 15

4.3 二维轮廓等距算法 15

4.4 生成数控加工程序 16

4.5 验证与校核 18

5 总结 20

参考文献 21

致谢 22

1 绪论

1.1 数字图像处理的概括

在我们的日常生活中，图像应该就是可以用肉眼看到的画面，它包括：纸上面的、胶卷上的、电脑屏幕上的等等。它们根据记录方式的不同可以分为模拟图像和数字图像这两大类，其中前者是通过某些物理量，比如说根据光、电的强弱的变化就可以来描述一张图片；而后者则是使用计算机收藏的数据来记录图像上各像素点的信息。目前图像存储在计算机中常用的格式有：BMP、PNG、PSD、JPG、PSD等。想要将这些图像应用于各领域，比如机械、电子、航空航天、纺织、轻工以及建筑等各个领域，这就需要进行图像进行基础的处理。

析、加工和处理等。而数字图像处理（digital image processing）就是利用电脑对目标图像进行转换处理的的一种技术[1]。通过对数字图像进行处理可以使图像进行基础的修改，例如通过降噪，锐化等改善获得的图像质量，或是从整个图像中提取有效信息，并且还可以对图像进行体积压缩，便于传输和保存。通过数字处理后的图像目前主要可以分为

5 总结

本文主要研究了图像数字处理技术与数控加工技术相结合。弥补了目前CAD/CAM 软件不能直接提取位图图像进行数控加工程序生成的缺点，同时提高数控机床对复杂轨迹进行加工的效率，很好的解决实际生产问题，通过本次毕业设计使我对图像的处理以及数控加工有了更加深此次的理解。以下为本文主要的工作内容和方法：

a) 图像的采集与确定，因为采集的装置不足以及外界环境的影响，我主要选用了一个现成的图像进行处理；

b) 通过使用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline软件对图像进行了预处理，包含图像平滑锐化、灰度处理、二值化处理以及边界轮廓的提取，从而形成矢量化图像导入Auto CAD软件细化拟合；

c) 将处理好的图像转入UG软件进行仿真处理，生成数控加工程序。

本次实验目前只是研究阶段，因为设备有限，采集的图像和后期应用无法实现，只是利用了现成的图像和电脑仿真，在后续的研究过程中将会不断的完善。且利用了好几个软件合成，还是需要来回的转换，无法设计一个统一软件操作生成，这个还需继续努力。目前全球已经是数字化的趋势，我相信在我们年轻人的的不断加油下视觉信息处理系统将广泛的应用于机械领域，我国的工业数字化一定会名列各国前茅。

参考文献

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内容简介：: 毕业设计任务书 1毕业设计的任务和要求：本课题要完成的任务本课题要求对有明显轮廓的数字图片能够利用现有软件（或自己编制的软件）提取出特征轮廓，并转换成件可以识别的向量模型，并利用件编制出用于数控线切割机床使用的数控程序。解决在研究过程中所遇到的具体问题。本课题的要求对本课题进行深入的分析与研究，熟悉所用软件的的工作原理与工作过程。熟练掌握所使用设计方法的一般步骤，在此基础上对图形处理和数控编程知识进行深入的探讨，编制出满足课题要求数控程序。 2 毕业设计的具体工作内容： 1）图片轮廓的处理； 2）轮廓提取技术研究与向量化； 3）利用件编制数控加工程序； 4）完成课题设计，并撰写出详细的设计说明书。毕业设计任务书 3对毕业设计成果的要求： 1）开题报告一份； 2）相关纸一份； 3）设计说明书一份，光盘一张； 4）外文翻译资料一篇。 4毕业设计工作进度计划：起迄日期工作内容 2 月 29 日 3 月 27 日 3 月 28 日 5 月 1 日 5 月 2 日 5 月 22 日 5 月 23 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 5 日查阅相关资料、撰写开题报告。把自己所查阅的资料进一步进行整理分析，学习需要掌握的软硬件知识。完成本课题的主要设计，绘制图纸。翻译外文资料，撰写说明书。递交毕业设计，准备答辩。学生所在系审查意见：同意下达任务书系主任： 2016 年 2 月 29 日毕业设计开题报告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述随着全球计算机网络的不断发展，目前电脑已经离不开我们，从而逐渐渗入到了各个领域之中，在我们的工程领域计算机辅助软件也得到了广泛应用。术（即计算机辅助设计与制造）是制造工程技术与计算机信息技术结合发展起来的一门先进制造技术 1，它的应用使传统的产品设计、制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化，为制造业带来了巨大的经济和社会效益，被视为工业化与信息化深度融合的重要支撑技术。目前术广泛应用于机械、电子、航空航天、汽车、船舶、纺织、轻工以及建筑等各个领域，它的研究与应用水平已成为衡量一个国家科技现在化和工业现代化水平的标准 2。我国是一个工业制造的大国，但是目前制造业水平还是不乐观，好多的地方还是使用传统机床，要想转变为生产加工模式还比较困难。虽然一些工厂采用数控机床进行加工，但是对于现有的数控加工设备并不能充分利用。因为目前数控机床只能完成一些规则图形（直线、圆弧）的差补运算，而对于清晰轮廓的复杂二维图像还是比较很好的弄出 3。最早进行数控编程技术研究的国家是美国。随着世界上第一台数控机床的诞生， 20世纪 50 年代末，美国麻省理工学院 ( 风 I 型电子计算机上实现的和有关于动编程 4。随后美国空间协会又组织一些工厂帮助进一步开发言。随着一体化的方向发展，统逐渐被目前的统所取代。 1972 年，美国洛克希德加里福尼亚飞机公司首先研制成功了第一个关于系统。 1975 年，法国达索飞机公司引进该系统，并开发了集三维设计与数控编程于一体的图形数控编程系统国麦道飞机公司于 1983年研制的一套集成化的统，是目前应用范围最广泛的软件之一。之后，各种不同的集成数控编程软件相继出现，如 :5。我国在数控编程系统方面起步较晚，虽然作了大量的工作，但相对于发达国家还有很大差距。在言的基础上，开发了一些同类的语言，如华东工学院的系统 6。 70 年代，航空部自行研制了一些自动编程系统，如。 80 年代在国与德国司合作研制了应用于国内很多单位，取得了可观的经济效益。随后国内的许多高校和企业联手研制了一些较具实用性的统。需要指出的是 ,由于历史原因 ,直到 80 年代我国的术才真正的开始有了发展。随着国内相关技术的日益成熟，到 90 年代，国内相继开发了一些具有自主知识产权的统，其中典型的有 :华中理工大学开目集团有限公司的开目统。但从总体上看，由于资金技术等主客观因素的限制，我国研制的许多软件缺乏系统性，还有待于进一步完善，以便更好地服务于机械制造加工等行业。国外数控编程技术开发应用较早 7，出现数控机床自动编程系统较为先进，功能非常强大。但是所有的软件都需要的一点就是矢量化编程，然而在当今生产以多品种、小批量和创新设计为特征的环境下，仿形加工作为一种传统的加工方法，表现出了其特有的灵活性和敏捷性，正得到越来越多的应用。利用线切割加工进行仿形加工将广泛应用于模具、轻工和工艺品制造领域 8。在某些加工中，我们只有一个模型的轮廓形状，说不清楚它的精确尺寸，或者当精确尺寸本身就不重要，此时若采用统一笔一画造型是很繁琐的，如果用一个图样直接输入就能得到轮廓，便会达到事半功倍的效果。面向国内尤其是广大的中小企业，开发基于图纸矢量化的编程系统具有很重要的现实意义。数字图像处理（ 9是用计算机对图像信息进行处理的一门技术，使利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。利用数字图像处理主要是为了修改图形，改善图像质量，或是从图像中提起有效信息，还有利用数字图像处理可以对图像进行体积压缩，便于传输和保存。构建并实现 “数字图像处理教学实验平台 ”将使我们了解数字图像处理的特点、意义，发展前景、以及数字图像处理的一般原理方法和手段，掌握关于图像处理的基本思想和方法，为从事相关工作打下理论基础。图纸矢量化研究仍然是数字图像处理和模式识别领域中的一个热点 10。国内外对此进行了大量的研究，得到了若干算法和原型系统，并推出商品化软件。但是图像矢量化处理不是一个独立的过程，需要连续的图像处理环节，所以在不同图像处理技术的本身因素基础影响下，导致在矢量化研究过程中每一个环节都存在一定的难点 11；（ 1）矢量化过程中对图像信息的提取和处理都基于大量的图像处理，以像素为对象的常见的图像处理技术很难从整体拓化结构考虑，因此矢量化的结果很容易破坏原图像结构，导致信息遗漏。并且在矢量化信息处理中，许多图像的基本信息也很容易受到噪音的干扰，影响绘制结果。（ 2）在矢量化过程中为了保证矢量存储空间的减少，通过处理原位图后获取的特征信息量并不全面，很难保证最终生成的图像的精准性。另外在绘图和扫描输入等各个环节中，存在着人为造成的图线质量的不确定性，还有加上图样又具有多样性和复杂性，因此，迄今为止，还没有一套全自动的图样的光栅到矢量的转换软件，图纸矢量化研究仍然是数字图像处理和模式识别领域中的一个热点12。在当前应用中对图像矢量化（目前国外己经出现了一些商品化的矢量化软件，比较著名的有德国有司的威国司的司的 13。图像矢量化的研巧最早可追溯到上世纪 70 年代，在早期的发展阶段，主要以二值线框图像矢量化研究为主，应用于工程图纸、地图、卡通等黒白图像，矢量化准确率较低，且处理速度也很慢。发展到 80 年代后期，计算机辅助设计（统在工业技术得到广泛应用，将图像矢量化开始应用于保存和管理工程图纸 14。参考文献： 1 王宗彦，李文斌等术 M子工业出版社 ,2 唐荣锡术 M京航空航天大学出版社 ,3 周济 ,周艳红 M防工业大学出版社 ,4 王爱玲 M等教育出版社， 5 王振林 J 新，2001,21(5)： 306 蔺毅 D7 薛欣伟，曾周末成技术 J1999， 4(10)：208 伍俊 ,李明辉 J2000， 3（ 1）： 129 M子工业出版社 ,1998. 10 李娟 D2010,12. 11 罗喆帅，毛奇凰，葛艳，工程图纸矢量化软件的设计与实现，微机发展， 2004，（ 14）：32 12 崔倩，蔡汉明，宋金霞等，工程图纸的矢量化研究 J2007，（ 10）：25 13 史桂娴，张平 J2008， 4（ 6）：147814 崔倩 D大学： 2008， 04. 15 of 001，（ 07）： 1016 in 989,262 毕业设计开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要研究和解决的问题：通过查阅资料了解本课题的背景以及它的研究意义，设计出能够提取出复杂的二维图像的轮廓，并对图像进行矢量化处理从而使得件可以识别，然后利用相关的件编制出用于数控线切割机床使用的数控程序，从而用于数控加工。通过多个软件将图像处理与数控加工相结合的方式弥补了目前件不能直接提取位图图像进行数控加工程序生成的缺点，同时提高数控机床对复杂轨迹进行加工的效率，很好的解决实际生产问题。本课题的研究手段：针对此课题，我决定先运用平日的摄影处理技术将加工工件的平面轨迹提取出来，然后应用件标定将图片从数码相机摄取的工件轨迹图像进行滤波、锐化、二值处理、边缘检测等图像处理。再经过件进行拟合，将格式转换为矢量图，最后利用件（动生成数控加工程序，经过检验后输入到数控机床进行加工。接下来详细的说一下。首先图像采集，是将未知零件廓形通过扫描或拍照的方式，将其想要表达的数据转换成图片的形式待用。而在这个步骤中对零件的表面处理，如清洗污垢，抛光去毛刺等要求很严格，以免对后期采集的图像因为不准确而带来不便的影响。另外一点就是采集的设备，相机的分辨率一定要高，最好要求 300 像素以上，其目的同样是为了图像后期处理。图像获取之后要将采集到的图像与实际工件的尺寸大小建立一定的联系，这则要对系统进行标定试验，以获得合适的比例因子，使得采集的图像能够反映出实际尺寸，标定试验很关键，其结果直接影响到最终生成的数控加工程序的精度。接下来就是对图片进行处理，我打算应用刚刚提取好的图片进行处理，如灰度处理，二值化处理，噪声滤波，细化和轮廓处理。灰度处理就是将图像转换为灰度图后像素点的信息就少一些，可以避免由于图像色彩不均匀造成的识别困难。二值化的处理其实也是图像分割的过程，通过一定的参数设置和规则等将图像中的像素分别开来，将物体的主要特征提取出来，域值分割是一种区域分割的方法，它是对图像进行视觉分析和模式识别的基本前提。由于图像上的污点、褶皱及扫描系统等因素的干扰使图像质量下降，为了使图像更逼真，需要进行图像去去噪。最好就是对图片进行细化和轮廓提取。从而得到优化的点阵信息，去掉不需要的信息，获取对象的特征信息。我们需要将位图转化为矢量图，而且还要能够适合机械加工，然后对图片进行矢量化处理，我们是机械专业，常用的可以矢量化的软件一般就是以我打算运用栅格来实现位图与矢量图的转化。最后了解数据加工的常用编程命令，在件中的的块中制订加工方法和顺序，指定加工环境进入制造模块，再创造各个节点，设置操作参数，生成刀位轨迹，接着后置处理，生成件，用于数控加工。具体的流程操作：收集和查阅资料了解所研究课题思考课题的背景和研究目的意义图像的采集及系统标定图像处理及轮廓提取位图矢量化转换及基准位置确定数控加工程序的生成总结与感谢毕业设计开题报告指导教师意见：张萌同学本次所做设计的题目是“ 具有清晰轮廓的复杂二维图像矢量化处理及数控加工 ”，该同学在查阅了相关的和毕业设计工作有关的资料、书籍后，撰写完成了开题报告。开题报告语言通顺，格式规范。“文献综述”部分对研究此课题的意义，国内外的发展现状进行了较为详细的叙述，并对相关技术和研究现状进行了查新，有一定的深度。“本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）”部分中，提出问题明确，方法基本可行，应尽快理清思路，找准研究手段和途径，圆满完成本次毕业设计工作 2016 年 3 月 21 日所在系审查意见：同意开题系主任： 2016 年 3 月 21 日 I 具有清晰轮廓的复杂二维图像矢量化处理及数控加工摘要：伴随着全球数字化的不断发展，目前网络已经消消地潜入到了我们生活之中，涉及的领域之广已经超出了我们的想像，其中工程项目尤为突显。我国工业方面一直被认定为是全球的“领军”大国，但是目前制造业水平还是远不及发展国家。好多的工厂还是使用传统机床，虽然目前已经逐步转化形式，从手工不断向数控发展，但是针对现有的数控加工设备还是不能完美的处理工艺不同阶段的各个流程，对于清晰轮廓的复杂二维图像操作还需要进一步的研究。为了使得复杂轮廓图像更加频繁的进入我们的工厂，本课题的研究通过多个软件，从而进行了探讨。首先利用平日的摄影技术对图像进行采集。接下来进行图片预处理，包括对工件轨迹图像进行滤波、锐化、灰度处理、边缘检测等，将图片矢量化，该环节主要采用件。然后经过件进行拟合，将形成的矢量图进行修改完善。最后利用件（式的轮廓转化为可以识别的文件，利用工模块自动生成数控加工程序，经过检验后输入到数控机床进行加工。通过数字图像处理技术与数控加工相结合的方法从根源上弥补了目前件不可以直接打开位图图像进行数控加工程序生成的不足，同时增加了数控机床对复杂轨迹进行加工的效率，很好的解决实际生产问题。关键词：边缘检测；矢量化；格式转换；数控编程 a of nc of do in of of of C NC is a of a In to of by of S6 ad be to AD a be AM C to NC NC up C NC a to NC 录摘要 . 录 . 1 绪论 . 1 字图像处理的概括 . 1 字图像处理的发展以及现状 . 2 字图像处理的特点 . 2 量图的概括 . 3 控加工处理技术的概括 . 4 文研究的内容 . 5 题提出的意义 . 5 文的内容安排 . 5 2 图像的采集与确定 . 7 3 图像的预处理 . 9 像的增强 . 9 像的灰度处理 . 11 像的二值化处理 . 12 像边缘检测 . 13 量图的呈现 . 14 4 数控加工程序的生成 . 15 块的介绍 . 15 切割加工生成刀具轨迹 . 15 维轮廓等距算法 . 15 成数控加工程序 . 16 证与校核 . 18 5 总结 . 20 考文献 . 21 致谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论数字图像处理的概括在我们的日常生活中，图像应该就是可以用肉眼看到的画面，它包括：纸上面的、胶卷上的、电脑屏幕上的等等。它们根据记录方式的不同可以分为模拟图像和数字图像这两大类，其中前者是通过某些物理量，比如说根据光、电的强弱的变化就可以来描述一张图片；而后者则是使用计算机收藏的数据来记录图像上各像素点的信息。目前图像存储在计算机中常用的格式有：。想要将这些图像应用于各领域，比如机械、电子、航空航天、纺织、轻工以及建筑等各个领域，这就需要进行图像进行基础的处理。析、加工和处理等。而数字图像处理（就是利用电脑对目标图像进行转换处理的的一种技术 1。通过对数字图像进行处理可以使图像进行基础的修改，例如通过降噪，锐化等改善获得的图像质量，或是从整个图像中提取有效信息，并且还可以对图像进行体积压缩，便于传输和保存。通过数字处理后的图像目前主要可以分为图见位图（左）和矢量图（右）画制作软件 3 这些都是目前比较出色的图像处理软件；另外、子图版等等，这些后面的也是使用率极高的软件，它们主要应用的领域是工程领域，均可以绘制矢量图形，用数字的形式描述了图像中各个像素所含的 2 信息，可以单独地完整地对矢量图形及部元进行移动、缩放、旋转等处理转换，得到所需要的处理。数字图像处理的发展以及现状纪六十年代。 1964 年美国喷气式推进实验室 (用数字技术对旅行者 7 号从月球获取的大量照片进行质量的修改之后，成功得获得了第一次案例。之后在 1972 年英国工程师出了可以诊断头颅的 X 射线，并将其形成的断层图像呈现于计算机的装置，也就是我们目前我们都很熟悉的 )，这项研究的发明使数字图像处理在医学上展开了新的篇章。之后随着不断发展的脚步，于 1975年该公司又成功研制出了可以鲜明清晰地查看全身图像的扫描置。终于所有辛勤努力都是会有收获的，在 1979 年该技术获得了诺贝尔奖，代表它对人类做出了跨时代的贡献。从那以后人们建立了图像理解（计算机视觉 ) 技术，也就是通过计算机构建数字化的人类视觉系统。其中具有代表性的，二十世纪七十年代末发表的视觉计算理论，它为后期计算机数字图像技术的理论发展提供了主导思想；在二十世纪八十年代末期，人们成功的将数字图像处理技术引用到了地理领域。二十世纪九十年代初，数字图像处理技术更加向着多领域发展，比如在 1986 年，前人大量工作的基础上提出了小波变换的多分辨率分析 ( 详细地讲述了在空间里小波的多分辨率特性，随着空间尺度由大到小变化，可以由粗略到细致的观察图像不同的特征。在大空间里只能看到图像的外围轮廓，在小空间里就可以清晰的查看到各个部位的细节 2。之后在小波变换的多分辨率分析的基础上于 1989 年提出了马拉特 (法，有效地将小波分析应用于图像分解和重构。从此图像处理技术与数控加工更加紧密的结合，在各方面都得到了广泛的应用。数字图像处理的特点目前需要处理的图像大多为二维和三维的。每张图片中所含的信息量都很大 , 因此想要用计算机对它进行处理，这就需要计算机的运行速度相对快且存储容量足够；其次数字图像处理占用的频带较宽 , 所以在很多的处理环节的实现上所需很高的技术的支持 , 且需要支出较高的经费；最后数字图像中各个像素虽说是独立的，但其相关性大，所以图像处理中信息压缩是有很大的潜力的，需要不断的深入研究。数字图像处理的优点如下： 3 较好的；应用的需求；计算机来处理，所以它使用的范围比较宽阔；其中的代码即可调整使得新的图像呈现。矢量图的概括为基本单位对图像进行存储，想要将它进行计算机图像处理时对计算机的运行速度和内存都有很高的要求，并且即使计算机性能较好，但是对于各种变换处理，如缩放、旋转、修改等还是很困难的，这对图像的分析、处理、传输以及存储等带来了巨大的不便。矢量图也叫向量图，是记录点、线、面的位置和颜色信息描述的图形，它是由圆、圆弧、直线、折线等许多的图形元素组成的，想要对这种图像进行处理时只要对描述图形的参数进行修改就可以了，比如存储线段只要将该线段端点的坐标记录就可以了，而对于圆弧则记录其圆心坐标、半径、起点与终点。所以，矢量图比光栅点阵图像更方便的进行转换处理。矢量图形具体的有以下几个特点：第一，边缘显著，可以很清楚看到图像的轮廓；第二，因为是由简单的线条构成的，所以占的内存较小，转换的速度很快；第三，在某些需要使用光栅点阵图的情况下，矢量图形也可以很方便利用计算机图形学的基本方法较为快速的进行转换。对项目都投入了大量的精力，目前也取得了一些成效，如得到了许多的计算方法和处理系统，并且开发了很多的商业化软件，但是图像矢量化处理不是一步就可以操作完成的，仍然需要许多连续的图像处理环节，所以在各种不定的因素的影响下，会导致图像在矢量化处理的研究过程中任何环节都存在着不同的难点： a) 在大量的图像研究的基础上我们逐步推导出对图像信息的矢量化处理，例如光栅点阵图是由多个独立的像素组成的，所以很难从整体进行分析，因此对其进行矢量化 4 处理时很容易将原图像结构破坏，导致图片所表达的部分内容丢失。另外在图像矢量化处理的过程中，很多图像的基本信息也很容易受到外界环境的干扰，如噪音等会导致影响输出的结果； b) 图片通过矢量处理为了在相对计算机中所占的存储空间较少，这就导致原来的位图其特征信息有可能不能全部转换，从而影响后面最终生成的图像的准确性； c) 除此之外在绘制和提取图片等各个环节中，还都可能存在着人为造成的图像的不准确，如图样比较复杂，在绘制中线条画错了或者是直接扫描时不到位。数控加工处理技术的概括数控机床是指通过编制数字程序使其机床自动控制零件和刀具位移，形成我们所要求步骤的装置，一般编程步骤如图而数控加工指的就是在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。从总体上来说数机床加工与传统机床加工的工艺流程是一样的，但是数控加工明显整体的综合评价要好的多。数控加工是可以自动加工复杂的零件，不用人们守在旁边，节约了很多的时间，且可以保证准确性和速率的前提下满足大批量生产，这是一种现代化的加工手段。目前数控加工技术已经成为判定一个国家制造业水平的标志。图控编程的一般过程国外对于数控加工技术的研究比较先进，最早于 20 世纪 50 年代末，美国麻省理工学院 (着第一台数控机床的诞生，在风 I 型电子计算机上实现了有关于自动编程。在取得一定成功后，美国对其研究进行了深入的探索，组织一些工厂帮助进一步开发了言。随着计算机辅助设计与制造一体化的发展，目前统已经逐渐被研究出来的统所取代。美国洛克希德（加里福尼亚飞机公司于制定工艺运动轨迹计算编写程序单制备控制介质程序校核试切 5 1972 年成功的第一次研制出首个关于软件系统。 1975 年，法国达索飞机公司引进了该系统，并在其基础上研究开发了将三维设计与数控编程合并为一体的图形数控编程系统 1983 年，美国麦克唐纳司研制出强大的统，它是一套成化的系统，是目前应用最广泛的软件之一。之后相继出现了各种不同的集成数控编程软件，如 :。应对数控化的不断发展，国内对该项研究也做出了大量的工作。最早是华东工学院的系统，之后航空公司于 70 年代自行研制了统，可以自动的完成一系列数控编程。八十年代，我国与德国司在 S 的基础上又在合作开发了统，通过不断地推广该项目于各个工厂取得了非常不错的经济效益。看到前景之后，我国许多高校和企业联手在 90 年代研制了一系列具有实用性的统，其中具有代表性的有华中科技大学与开目集团有限公司开发的开目统。但是因为我国起步较晚且资金不足、技术有限等主客观因素的影响，与发达国家相比还是有一定的差距的，需要我们更加的努力研究，从而更好地提高我国整体的工业化的实力。本文研究的内容课题提出的意义通过对 “清晰轮廓的复杂二维图像矢量化 ”课题的研究将使我们更加了解到数字图像处理的发展历史且可以学会一些有关数字图像处理的方法，对我们将来工作、生活都有一定的意义。另外 “数控加工 ”的研究伴随着全球工业自动化的发展，对我国尤其是广大的中小企业有着重大的意义。两者相结合的开发打开了制造业新的篇章。本课题要求对有明显轮廓的数字图片能够利用现有软件（或自己编制的软件）提取出特征轮廓，并转换成件可以识别的向量模型，并利用件编制出用于数控线切割机床使用的数控程序。我的设计方案运用了多个软件将图像处理与数控加工相结合，弥补了当前件不能直接获取位图图像进行数控加工程序生成的不足，同时提高数控机床对复杂轨迹进行加工的效率，很好的解决实际生产问题。论文的内容安排第一章为绪论，简单的介绍了矢量图、数字图像处理和数控加工的历史研究发展进度以及其各项的特征，使初步的了解了目前发展的现状，明确本课题研究的意义。第二章介绍了图像如何采集，从而选定本课题研究的对象，方便接下来的深入研究。 6 第三章主要描述了图像的预处理，里面主要包括了图像锐化、图像的灰度处理、图像的二值化处理以及图像的边缘检测，最后完整的呈现了矢量图，使其用于接下来的数控加工。第四章将图像导入统，使其自动生成加工程序进行试验校核。第五章总结与感谢，对此次课题进行汇总并特别感谢参与这次指导的老师。本文研究的主要内容如下图像的数字预处理图像增强灰度处理二值化处理边缘检测图像的提取与标定生成数控程序图研究的主要内容位图矢量图 7 2 图像的采集与确定图像采集指的是将所要获取的实物通过计算机扫描或拍照等方式，将目标信息由三维立体转换成二维平面数字图像，并将其存储起来用于后续图像处理。要想将把我们肉眼看到的数据转化为数字形式，完整的呈现一副数字图像，目前包含两种处理方式，一种是取样，将图像空间的各个坐标（ x,y)数字化；另外一种是量化，将图像的函数值 f（ x,y)数字化。在我们图像取样的过程中，每一个采样点都对应着一个像素，因此需要确定每幅图垂直和水平方向上的像素的个数 M 和 N,如图采样的间隔。图像量化是指将每一个像素的图像数值 f(x,y)用一个离散的数字（灰度值）来表示，大部分的数字图像处理设备都采用 K 个等间隔的量化方式，对于灰度而言，每个像素由 0 到 255之间的数值来组成， 0 代表着黑， 255 代表着白，中间的数值代表着灰度。我们日常经常见到的图片一般都是彩色的，它们是由则是由红（ R)、绿 (G)、蓝（ B)三元组二维矩阵来表示，且也是由 0 到 255 来组成，但是可以组成 256*256*256 种颜色。图样的间隔在图像采集过程因为目标的有效度处理程度、图像采集的方式、采集设备分辨率的限制以及采集时外部的光线环境等都会影响最终获得图片的精度。因为涉及拍摄的器材有限，为了使得研究简便，本文直接选定了一个图像，如图示，进行了接下来的研究。 8 图究的图像 9 3 图像的预处理因为直接采集的图像不能用来提取轮廓曲线，并且图像的处理的好坏直接会影响到后面数控加工的精度，所以我们必须得经过一系列的处理才能最终实现非标准曲线轨迹提取。其主要对采集图像进程预处理，主要包含图纸的平滑锐度处理、灰度处理、二值化处理、边缘检测、最后导入形成矢量图等，其流程如图过程将采用件。图像预处理的研究过程图像的增强当我们选取图像后，为了使其用于各类场合就需要对它进行处理，比如说复制、转换等，但过程中都会因为不同的因素而导致图像质量或多或少的下降。如复制扫描图纸时，由于许多污点、孔洞、毛刺和断线等噪声污染会造成图像质量的下降；在压缩图片、转换格式时同样也会遇到减损图像颜色的情况。所以为了保证图像的再现度高，这就需要我们不但要求从根源上防止这些外部的环境因素的影响，更要抓住重点，使我们将获得的图像进行筛选，将它着重增强处理，保留有用的部分进行利用。目前空间域和频率域处理为图像增强处理的两大方法。前者是通过操作修改像素的灰度级进行运算，后者是通过修改图像傅立叶变换基础之上处理。本研究中我们的图像增强主要采用图像平滑（去噪）、锐化等手段进行处理。声和假轮廓等，即将高频分量和低频分量调和到适中的状态，使其适应于计算机处理，图像获取图像平滑处理图像锐化处理图像灰度处理图像二值化处理图像边缘检测 10 提取图片中有用的信息。常用的消除噪声的方法有三种：领域平均、中值滤波和高斯平滑。该研究过程中我们将采用中值滤波的方式，也就是将图像中的每一点像素用其的中值来代替 3。如一组数字包含为 4321 一直到假如 21 ，则中值 Y 的计算方法如下式 3如一组数字为（ 7， 8， 9， 10， 11）则中值为 9。中值滤波的窗口（把一个点的特定长度或形状的邻域）的设定对滤波的影响也很大，所以选定一个适当的窗口很重要。在研究中采用了 3*3 的方形窗口。在排除图像中的噪声之后，我们将对其图像进行锐化处理，即加强图片的对比度性，使其边缘轮廓明细，形成完整的物体形象，便于后期图像分割、区域形状提取等。这边我们将采用拉普拉斯微分的锐化方法。通过二阶微分求导，推导出一般模板算子和扩展模板算子如图利用二阶微分的正峰值和负峰值之间的过零点来确定。图化操作的模板算子（左）和扩展模板算子（右）通过图像增强即平滑，锐化后和原图的对比图如图（ 3 11 图选原图（左）和锐化后的图像（右）图像的灰度处理了方便后期的轮廓提取，在图像轮廓锐化后将图像灰度处理。灰度处理简单的就是说将一个彩色图像转换为只包含黑白两色的图像。所得的灰度图像只含有亮度信息，不含有色彩信息的图像，虽然看起来只有黑白两色，但是各个像素之间黑色的程度是不一样的，这就是灰度。一副图中每个像素由 0 到 255 之间的数值来组成，数字 0 代表着黑，数字255 代表着白，中间的数值就是代表着灰度。一般咱们处理过的图像为 256 级灰度图，也就是说该种图像是由 256 种不同灰度级的颜色组成的。对于一副图像灰度处理一般有3 种方法：加权平均法、平均值法、最大值法。最简单的如平均值法即将彩色图片中红（ R）、绿（ G）、蓝（ B）三个分量的亮度求其平均值，将得到的均值作为灰度值输出而得到灰度图像 4。其常用的公式如下式： 3/),(),(),(),( 目前但凡可以打开图片的软件均可以完成这项处理，但是为了方便后期我们使用件，对图片格式有要求，因此我们将采用图像进行了灰度处理，效果图如图（ 3 12 图强处理后的图像（左）和灰度处理后的图像（右）图像的二值化处理在我们采集图像的过程中，无可避免的就是将周围的信息一并提取，但是我们实际研究过程中着重只是需要物体本身，这就要求我们要把目标和背景分割出来，提取目标的边界轮廓线。图像分割最简单的方法就是将灰度图像进行二值化处理。它的中心思想就是区别图像所要研究的目标和后面背景在灰度上的差异，设立一个合适的阈值（，通过比较图像中各点的灰度值与阈值的大小，来判定该点到底是目标还是背景，从而达到图像分割的效果，而得到二值图像，它是对图像进行视觉分析和模式识别的基本前提。常见的图像二值化处理有很多种，在本研究中我们主要选择其中的固定阈值法。设 f(x,y)为灰度处理后图像在点 (x,y)处的的灰度值，当像素大于等于 T 时设置为目标，定为 0，小于 T 时定为 255 即背景，其函数表达式如公式 3 ),(0 ),(2 5 5),( 上式中 T 就是图像二值化时我们所选择的阈值 (即灰度值 )。二值化的阈值选取主要可以分为三大类：全局阈值、局部阈值、动态阈值 5。其中动态阈值利用自身与周边邻域灰度变化不同，使目标的边界在图像整体背景中更好的突显，是这些阈值中分割效果最好的，大多的图像处理软件的编程都选择采用动态阈值。阈值的选择在我们的二值化处理中占有十分重要的地位，选择的过低或者是过高都会造成图像混乱，前者会缺失了(3 13 很多的目标信息，而后者将遗留了许多背景的信息，将无法完成我们分割的初衷。因此必须根据图像灰度像素点的的实际分布情况，经过多次试验进行选择合适的阈值。我们通过件自动将成的灰度图像导入，自动图度处理后的图像（左）和二值化后的图像（右）图像边缘检测边缘检测根据字面意思就可以知道是将目标物体的边缘轮廓轨迹进行提取。根据前面我们已经得到了原图的二值图像，掏空其中内部的点，得到的一个外围的轮廓即我们需要的边缘。具体的方法：在一副图像中像素的各个点以正方形的格式排布，选择一个点为起点，将其旋转 45 度，且与它相邻的 8 个点都是像素点，判定是否为边界点，否将其中内部的信息全部删除，最后在图框中的像素连接的整体即我们所需要保留的边缘。通过件将可以自动提取图像的边缘轮廓，效果图如图 14 图缘处理后的图像轮廓矢量图的呈现通过上面的几步目前我们已经将图像的边缘轮廓提取，课题中因为是数控加工，处理的图像若为位图的话是无法进行接下来的处理的，而经过我们以上的软件（取的图像可以保存为式，将直接导入从而对导入的图像轮廓进一步的细化完善，使其成为一条完整的曲线如图便后期数控加工的处理。图件中的图像轮廓呈现 15 4 数控加工程序的生成语言的基础上开发的交互式算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。块的介绍块主要是计算机制造模块，该模块主要提供了对数控加工的建立与编辑。包含了铣加工、车削加工、线切割以及钣金等多种加工方式，且还有后置处理和机床数控文件的支持，同时又提供了切削仿真等加工 6，如图图 G 加工模块部分功能截图线切割加工生成刀具轨迹根据我们所选图像处理可以清晰的看出所处理的图像为非标准的曲线轮廓，其加工的轨迹在通过实验，我们可以看出在现实生活中我们的铣削时由于选择图像中有部分特别尖的地方是拿钻头加工不出来的，必须用钳工的锉磨加工。所以为了避免这个问题本次研究我们将采用线切割的方式来完成轮廓轨迹的生成。将我们之前处理好的图像导入统，选择加工模块。通过我们的件的拟合目前该图像形成的就是一条连续的的曲线，然而线切割加工轨迹技术正好加工的也是轮廓，因此在选择时设定该图像的起点与结束点，按照一定的顺序将其连接，也就是按照图像的轮廓依次往下走绕回去，之后将其排好的顺序导入轨迹链表，在线切割编程模块备用。二维轮廓等距算法前面生成的轮廓进行基本的排序处理后，生成的是没有偏移量的原始轨迹。要想将轨迹应用于正式的线切割加工过程中，这就需要在原始轨迹的基础上进行偏移量的计算。 a) 刀具半径补偿 16 b) 方向矢量方向矢量是指与加工中线切割运动方向相同的单位矢量，用 v 表示，目前分为两种，即直线与圆弧。对于直线，设直线的起始点为（终点为（则方向矢量如式为44 对于圆弧来说又将分为顺弧和逆弧，顺弧的计算方

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