【立体打印与图像处理技术研究的国内外文献综述4400字】

立体打印与图像处理技术研究的国内外文献综述随着我国现代计算机技术的进步飞速发展，立体打印技术与图像处理技术以及材料科学等新一代技术相互地结合逐步得到了很好的发展，立体打印技术在特种印刷行业中的运用也逐步得到了广泛推广，发展前景也是很广阔。1.1立体印刷技术现状及发展趋势（1）立体印刷立体印刷技术[3-5]是一种基于光学折射原理的特殊印刷方法，它可以使得图像能够透过立体影像向观看者展示出立体的效果。它将三维成像技术与现代印刷技术的一种特殊表现技术相结合，完美地再现了印刷工艺中的各种印刷画和图像，呈现出生动的立体感和纵深感，为我们的现代印刷技术发展带来了亮丽的色彩。立体印刷可以说是对普通印刷的一种改进和完善。它也是一种在多种主体的作用下发展产生的技术，可以划分为一般立体印刷、动态立体印刷和全息立体印刷。目前在工业中应用最多的是一般立体印刷。根据其视觉效果的不同，立体印刷品[6]大致可以分为三类：一是立体图，画面中物体的对比和分离具有三维度和空间的特征性效果，表层的物体表现得栩栩如生，中间层过渡自然，背景层景深突出，物体对象栩栩如生，有如身临其境。第二是动画，创造性地设计图像中的对象以生成连续的变换，以创建特殊的动态或缩放效果。第三就是是异形，从一幅图像的不同角度可以获得不同的效果，也称为视觉变化。上面三个不同的视觉效果是依据视觉成像的原理，在原稿中用不同的方法完成的。而且，利用专业柱面镜和视觉差分像光栅的折射和聚焦功能来实现。立体手稿的制作[7]其中的一个重要技术就是对视差的摄影和压缩进行视差成像[8]。通常是采用一种较为专业的立体摄像机捕捉被摄对象的场景空间，或者采用单镜头平面摄像机将被摄对象的视觉像素进行多次平移，在水平路径上记录不同角度的视差像素，然后由摄像机进行合成重建立体图像。如今，随着现代计算机科学技术及先进数字图像制作手段的应用与发展，使得原先对于图像原稿质量的依赖大幅度降低。立体印刷的工艺流程与普通彩色胶印差不太多。唯一区别是，制作原理上需要专门使用三维软件进行处理，并在后期的工艺中再次添加了光栅板。主要的流程包括：原稿设计、光栅影像处理、分色、制版、印刷和印后处理(光栅合成)。（2）立体印刷的应用及发展前景像摄影一样，立体技术是一项伟大的发明。他拥有150多年的历史，为推动人类文明的进步和发展起着巨大作用，为文化、科学和医学做出突出贡献。它们已经融入了现代人日常生活的方方面面。19世纪40年代，艺术家达盖尔[9]首先发明了立体摄影术和立体照相机，它依靠眼睛同时接收相似但不完全相同的图像数据来直接获得深度感。然而，由于这种新型印刷技术工艺的复杂性和生产成本昂贵，立体印刷这项技术并没有在实际生产中得到广泛的应用。上个世纪60年代，中国开始生产和发展立体印刷技术。这项技术最开始被广泛应用于简单的文化商品，但从1980年到1990年，有困于技术研发的壁垒和市场开拓的阻碍，立体印刷技术在我国的应用举步维艰。随着时间的推进和科学技术的迅猛发展，三维打印技术逐渐进入人们的生活和视野，通过对传统工艺流程的改进和光栅板材料及先进图像处理软件技术的引进入，显著地使得工艺流程得到了完善和优化，缩短了制造周期，同时也给企业生产产品质量的稳定性提供了保障。立体印刷在全世界众多人士的不懈的努力中萌发了旺盛的活力。从产品技术角度看，要使立体印刷逐步成熟，必须掌握三维影像处理软件、光栅材料、设备、制造工艺等方面的知识。立体印刷与平面图像相比充满活力，正是由于其独特的显示性能和市场推广性能，其相关商品的应用既能够牢牢抓住消费者的眼球，同时又显著增强了产品的价格和附加值，从而逐渐变为商品和市场推广的最好的代言者。光栅立体图像经过光栅板的光学折射[10]，可以放大或缩小图像，我们可以使用该原理对数据进行加密，这种潜在的功能可以被用于防伪印刷。但目前来看，立体视觉图像的潜在防伪功能还没有被完全挖掘，存在着巨大的市场潜力。1.2立体成像技术现状三维成像技术[11]主要包括三维图像的采集、显示、压缩、质量评价和传输五个环节，但三维效果渲染需要依靠特殊的三维眼镜或者特殊的三维光栅材料才能完成。此类图像展示技术就是指将图像重新表现为在一定的三维空间里再现出来的三维信息。立体显示[12]主要依据人们对于立体视觉的认识和特色，利用立体视差技术来达到对于人眼的一种深度感知。它充分地利用了光学镜面反射原理，让左眼只能观察左眼的反射图像，右眼只能观察右眼的反射图像，使两只眼睛获得对应的图像与双目视差所形成的图像对，使得人们获得一种立体化的视觉。一般来说，实现立体显示的方法主要有两种：双屏显示和多屏显示。双屏视差显示法[12-14]主要定义是一种利用双屏视差技术来分别观察左右两支眼的图像视觉信号并通过直接滤波获得立体图像视觉的一种技术，可以将其细分为双色分割滤波法、立体法、偏振分割滤色法和交替分割法。常用设备主要有红蓝双筒望远镜、液晶光学阀眼镜、头盔显示器等。图1-1红蓝双色眼镜Fig.1-1Redandblueglasses双色滤光法[15]是在色谱学混色定律中，人们所感受到各种颜色的视觉神经可以由红、绿、蓝三种颜色的原色按不同比例混合而成，而三种原色中的任何一种都可以由另外两种原色混合形成，这也是计算机模拟各种色彩的基本原理，我们称之为加色法。在自然界中，特别是在印刷技术和工业中，一种颜色中的可见光被另一种颜色的透镜吸收、滤除，其余反射或透射的颜色混合形成另一种颜色，这就是减法。如REF_Ref12210\h图1-1所示，红、蓝双色光滤光眼镜采用不同的颜色镜片，分别对两只眼睛接收到的颜色信息进行吸收和过滤，从而分离出左右眼的图像信息。减法的三种原色是绿色、洋红和黄色，它们只吸收和过滤一种原色，反射另两种原色。减色定律使图1-1红蓝双色眼镜Fig.1-1Redandblueglasses立体镜法[16]的主要原理是利用立体镜观察左右形状，形成刚性立体镜。头盔显示器是最常用的立体显示器之一。头戴式显示器[17]是三维显示技术中一种应用广泛的工具，它是利用两台LCD或CRT显示器把自动制作出来的立体图像分别显示给两只眼睛，然后再通过中枢神经系统的信号识别和比较从而产生立体感。通过对图像进行光学系统的放大，产生近景物向远景的放大效果，实现所谓的全息视觉，如REF_Ref13422\h图1-2所示。图1-SEQ图\*ARABIC\s12头盔显示器Fig.图1-SEQ图\*ARABIC\s12头盔显示器Fig.1-2Helmetmounteddisplay交替分区方法[19]，它是指通过覆盖双目图像中的冗余信息，在同一平面上交替呈现双目图像来使其产生立体感。光学玻璃[20]由两个液晶阀组成。只要在液晶上施加一定的电压，分子排列就可以改变，以防止光通过。利用这一原理，通过左右图像交替出现和眼镜同步开关，当交变频率达到15Hz以上时，视觉神经系统会认为左眼和右眼同时看到各自的图像，通过整合左眼和右眼图像来产生立体感，如图1-3所示。图1-3液晶光阀眼镜Fig.1-图1-3液晶光阀眼镜Fig.1-3Liquidcrystallightvalveglasses多屏立体显示技术[21]主要包括视差照明、视差透镜屏障和阶梯门技术等，而视差屏蔽法和柱面透镜法在立体图像显示中得到了广泛的应用。从光学原理来看，多屏立体显示是基于利用不同光学表面来观察立体图像的。如图1-4所示，常用的光学表面包括视差狭缝光栅、棱镜光栅、菲涅耳透镜和点阵光栅。图1-5狭缝光栅立体成像示意图Fig.1-5Schematicdiagramofslitgratingstereoimaging(a)狭缝光栅图1-5狭缝光栅立体成像示意图Fig.1-5Schematicdiagramofslitgratingstereoimaging(a)狭缝光栅(b)棱柱镜光栅(c)菲涅尔透镜(d)点阵光栅图1-4多屏立体显示方式Fig.1-4Multiscreenstereoscopicdisplaymode棱柱透镜法是基于透镜折射原理来实现三维图像的再现。柱面镜光栅是一种由条形柱面透镜组成的透明塑料片。每个柱面镜的半径和柱面镜之间的距离相同。这样的半圆多面体可以保证光线以固定角度折射，每个柱状透镜元件都具有聚焦成像的功能。通过分离和记录各个方向的图像，柱透镜元件可以正常地看到立体图像，而不需要背光。如图1-6所示。图1-6柱透镜光栅成像示意图Fig.1图1-6柱透镜光栅成像示意图Fig.1-6Schematicdiagramofcylindricallensgratingimaging1.3立体印刷用光栅材料现状立体印刷技术就是进一步发展和完善的平面印刷技术。立体印刷虽然已经记录下了图像的立体信息，但要在眼中产生立体视觉，还需要借助外在的观察仪器。立体摄影技术可以在一个三维立体摄影平面上产生。三维光栅[23]是一种透明片，由许多结构参数和性能完全相似的小半圆透镜组成。目前使用的光栅材料[24]主要有PP、PET和紫外光油和其他类型。PET光栅材料[24-27]是目前常用的三维印刷光栅材料，PET化学名称为聚乙二醇二苯甲酸酯，其透明度为88%-92%，折射率为1.59-1.6，拉伸时的强度为3.5-6.3MPa，弯曲强度约为6.1-9.8MPa，热力学变形时的温度为68℃。PET光栅是由无定形PET颗粒经过多次高温高压预结晶、除湿、干燥、挤出和再加工压制成型。PET光栅因其优异的耐化学性、延展性和高稳定性而被广泛应用于立体印刷领域。参考文献周东华,李钢,李元.数据驱动的工业过程故障检测与诊断技术[M].北京:科学出版社,2011:1-76.周东华,刘洋,何潇.闭环系统故障诊断技术综述[J].自动化学报,2013,39(11):1933-1943.王国柱.基于统计理论的工业过程故障诊断方法研究[D].东北大学,2016.张成,戴絮年,李元.基于DPCA残差互异度的故障检测与诊断方法[J/OL].自动化学报:1-10[2021-05-08]./kcms/detail/11.2109.tp.20200323.1459.002.html.杨军.工业自动控制系统的故障检测与诊断方法[J].中国新技术新产品,2016(08):9-10..IsermannR.Model-basedfault-detectionanddiagnosis-statusandapplications[J].AnnualReviewsinControl,2005,29(1):71-85.JiangB,StaroswieckiM.Faultdiagnosisfornonlinearuncertainsystemsusingrobust/slidingmodeobservers[J].ControlandIntelligentSystems,2005,33(3):151-157.HamidehJafari,JavadPoshtan,SaeedShamaghdari.LMI-basedrobustfaultdetectionandisolationinlinearstochasticsystems[J].IETScience,Measurement&Technology,2020,14(5).周东华,胡艳艳.动态系统的故障诊断技术[J].自动化学报,2009,35(006):748-758.化永朝,李清东,任章,刘成瑞.连续系统故障可诊断性评价方法综述[J].控制与决策,2016,31(12):2113-2121.王宇雷.数据驱动的故障诊断与容错控制系统设计方法研究[D].哈尔滨工业大学,2013.潘学文,张福生,路超.基于故障树的故障诊断专家系统设计[J].煤矿机械,2021,42(03):174-176.毛彪,杨松.基于自适应神经模糊推理系统的复杂系统故障预测[J].自动化应用,2019(01):6-8+13.何彪,刘顺波.基于遗传模糊C-均值聚类算法的除湿机故障诊断[J].发电与空调,2009,30(4):14-17.郑丽.故障树计算机辅助分析优化算法研究与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