CN113442598B - 一种热转印打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热转印打印机，包括图像处理模块、模切控制模块和打印控制模块；所述图像处理模块通过控制界面实现图像寻边、图像标定，若图像标定达到预期，进入模切控制模块和打印控制模块；所述模切控制模块实现图像矢量化、位置数据转换和裁切控制；所述打印控制模块实现图像打印，若打印至指定位置，向控制主板发送切割命令。发明提出的一种热转印打印机，通过改进图像处理和模切方法，减小了热转印打印机打印产品的误差，提高了热转印打印机打印产品的质量，对于热转印打印机的发展具有重要意义。

Description

一种热转印打印机

技术领域

本发明涉及热转印打印机模切技术领域，具体涉及一种热转印打印机。

背景技术

随着技术的发展，热转印打印机越来越受到人们的青睐，但是在图像处理方面，以及在模切方面，一直存在一些问题，如模切出现误差，这非常影响热转印产品的质量。

因此，解决热转印打印产品模切出现的误差问题，成为了当前的重中之重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是减小热转印打印机模切误差。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种热转印打印机，包括图像处理模块、模切控制模块和打印控制模块；

所述图像处理模块通过控制界面实现图像寻边、图像标定，若图像标定达到预期，进入模切控制模块和打印控制模块；

所述模切控制模块实现图像矢量化、位置数据转换和裁切控制；

所述打印控制模块实现图像打印，若打印至指定位置，向控制主板发送切割命令。

优选地，所述图像寻边具体包括如下步骤：

步骤1、图像二值化：将图像转化成二值图；

步骤2、找到近似轮廓：找到二值化图的近似轮廓；

步骤3、平衡处理：将近似轮廓平衡处理，在多边形和光滑之间找到一个合理值；

步骤4、改进处理：改进平衡处理之后的轮廓，过滤无关特征。

采用上述方案的有益效果是：本发明提出的一种热转印打印机，通过改进图像处理和模切方法，减小了热转印打印机打印产品的误差，提高了热转印打印机打印产品的质量，对于热转印打印机的发展具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一种热转印打印机流程图；

图2为本发明一种热转印打印机中图像寻边流程图；

图3为具体实施例中的熊猫轮廓图；

图4为具体实施例中的控制点图；

图5为具体实施例中的轮廓图；

图6为具体实施例中的模切图。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种热转印打印机，包括图像处理模块、模切控制模块和打印控制模块；

所述图像处理模块通过控制界面实现图像寻边、图像标定，若图像标定达到预期，进入模切控制模块和打印控制模块；

所述模切控制模块实现图像矢量化、位置数据转换和裁切控制；

所述打印控制模块实现图像打印，若打印至指定位置，向控制主板发送切割命令。

所述图像寻边具体包括如下步骤：

步骤1、图像二值化：将图像转化成二值图；

步骤2、找到近似轮廓：找到二值化图的近似轮廓；

步骤3、平衡处理：将近似轮廓平衡处理，在多边形和光滑之间找到一个合理值；

步骤4、改进处理：改进平衡处理之后的轮廓，过滤无关特征。

图像编辑软件是我司自研的用于热转印打印图片的重要软件，为windows操作系统上的PC程序，基于MFC、QT、OpenCv、BCG等框架，实现了图像编辑与数据输出，在打印的基础上增加了模切模块，完成图像寻边、图像标定、图像矢量化、位置数据转换、裁切控制等功能，其中裁切控制由控制主板配合完成。

如图1所示，模切模块需要完成图像寻边、图像标定功能，并通过控制界面设置图像轮廓相关参数，以图像预览效果展现给用户，在用户确定达到预期之后进行打印。在打印的同时，对图像进行矢量化处理，下发图像矢量数据至图像打印软件，以备切割。在打印图纸达到指定位置时，自动下发切割命令进行图纸切割。

如图2所示，本模切算法基于一般的矢量化算法的基本思路：第一步，图像二值化，生成二值图，即由黑白像素格子组成的位图；第二步，找到一个近似轮廓，使之既好看又合理；第三步，寻找一个平衡，在多边形和光滑之间，看起来很合理；第四步，进一步改进，过滤掉看似无关的特征。

本模切算法的输入为编辑软件的图像，经过图像二值化算法生成二值化黑白位图，呈现黑白像素格子组成的图像。通过标准的图形算法将上述的黑白边界分解成路径片段集合C，形成一张有方向的图形G。对该图形G基于贝塞尔曲线变换参数进行局部修改，过滤掉杂点，达到最优的有方向图形G’。最终通过算式描绘出上述G’的左右前后方向的表达算式，优化相关参数，形成连续的新的路径片段集合C’。将上述C’表述的生成坐标系下位置坐标，发送至控制主板，由主板根据原始位置的定义，控制刀头运动到起始位置，按照路径片段集合C’的连续的左右前后方向进行雕刻，完成模切。

其算法的具体流程包括：第一，将图像二值化成黑白位图；第二，将上述位图分解为路径片段，形成黑白区域之间的边界；第三，将每条路径片段近似为一些多边形，惩罚选择最优；第四，转换表达式，减少控制点，调整顶点，光滑化；第五，改进阈值与惩罚值，达成最优输出。

其目标即将图像转换成二值图，基于Protrace算法，完成位图转换成矢量轮廓，经过大量测试，反复验证输入参数，达到热转印打印模切最佳输出。本算法的优势在于将位图转换成最佳近似图形的矢量轮廓，也避免因图形的缩放降低雕刻的精度，脱离设备的约束独立存在。

但是任何一种矢量化算法在特定场景的表现都有差异，就算同一张图形也可以生成多种可能的矢量轮廓，避免锯齿需要根据使用场景选择合适的矢量化算法，进行特定的改进，以达到所使用场景的最佳呈现。

经过图像二值化，即将图像转换成黑白像素，设置每个像素由一个整型的位置坐标点p表示，即p(x,y)。以此像素拓展成4个像素，以4个像素为一个判断单元，如此单元中其他3个与此像素的颜色有不同，即称此像素为顶点像素。当顶点像素pi,pj的欧几里得距离为1，记从点pi到点pj即为此图像的一条路径L(pi,pj)。将上述二值化图像分解成上述路径L(pi,pj)的路径片段集合C，组成上述集合C的顶点像素集合，记为P{p1,p2,……pn}。当点p1＝pn，上述集合C组成封闭图G，并且从点p1到点pn-1，在其左边的像素为白像素，在其右边的像素为黑像素，记G为有方向的图G’。

过滤掉不合理的点，确保上述图G’的每条路径只出现一次。去掉所有上述图G’内部像素小于x个像素的G’，生成一个全局的有方向的图G”，即为上述二值图像的近似轮廓L’。当然此x可由用户界面输入，以反馈最佳效果供用户选择。如取一张熊猫图，如图3所示，当x取值为241时所示近似轮廓图。

在坐标系中，设置点t使用非整型的位置坐标表示，记t(x,y)，使用两点之间的连线表示直线路径，记T(ti,tj)，两点之间的最大距离D(ti,tj)为max{|xj-xi|,|yj-yi|}。当在一组非封闭路径R{p1,……pn}中,点p1到点ti的最大距离D(p1,ti)<＝1/2，点pn到点tj的最大距离d(pn,tj)<＝1/2，则称此直线路径T(ti,tj)为上述路径R的近似路径。当此近似路径的4个方向都不再出现近似路径，则称此近似路径为直的近似路径P。

在长度为n的直的封闭近似路径P{p1,……pn}中，设定3元组(x,y,z)，其中1<＝x<y<z<＝n，存在点px到点pz之间的一个点pv，使其到点py的最大距离D(py,pv)<＝1，由每对(x,y)约束点pv和点pz的位置。因此在最坏的情况下，其时间复杂度为O(n*n)，可以找到其所有直的近似子路径。

在上述路径P{p1,……pn}上，针对直的近似子路径的两边进行扩展，总是可以保证扩展后的近似子路径依然是直的，即存在近似多边形片段，如片段s1到片段sn。当找到多个近似多边形，比较其中的片段数目，选择其数目最小的近似多边形作为参考近似多边形。对于片段数目相等的，采用一种惩罚算法，计算其欧几里得长度，以及上述路径P中每个点到此片段的欧几里得长度的标准偏差，并计算其两者的乘积作为对应此片段的惩罚值，将其汇总记录在一张表中。

如果将上述路径P{p1,……pn}看作p1到pn-1的有向图G，当从a到b存在近似多边形，那么称之为从a到b的箭头。对于任何点p1到点px的有向图G’，可标记为W(x,y)，其中x表示箭头的数目，y表示有向图G’中的所有片段对应的惩罚值之和。显然，对于W’(x’,y’)，如果x’>x，或者在x’＝x时其y’>y，则称W’劣于W，以此获得最优近似多边形。

通过上述转换，可以由寻找最优近似多边形转换为寻找最优有向图，然后通过标准的图形算法即可寻找到此最优有向图的最优环形，而且其时间复杂度可以用O(nm)表示，其中n表示上述路径p的长度，m表示上述片段中最长的长度。找到最优近似多边形之后，调整顶点，分析角度，平滑化形成光滑的轮廓。

针对上述封闭路径P{p1,……pn}，其索引X{x0,……,xi-1}关联的作为近似多边形顶点的整型点K{kx0,……,kxi-1},关联每个路径顶点pi对应一个多边形顶点bi,此点bi不必为整型，靠近整型点kxi，并且路径片段U(bi,bi+1)近似多边形线段V(kxi,kxi+1)，计算顶点bi到Y(kxi-1，kxi)，Y(kxi,kxi+1)的欧几里得距离，使之平方和最小，其最小距离即是最优近似多边形。

如图4所示，令贝塞尔曲线的4个控制点为f0,f1,f2,f3,可通过方程F＝(1-g)3f0+3g(1-g)2f1+3g2(1-g)f2+g3f3表示，设置直线F(f0,f1)和直线F(f3,f2)的交点为h，限制其曲线是凸出的，变化角度小于180°，即点f1在点f0和点h之间，点f2在点f3和点h之间，如下图所示。设置点f0的坐标为f0(-1,0)，点f3的坐标为f3(1,0)，点h的坐标为h(0,1)，则可将本曲线转换成2个参数j，k控制，其中参数j，k都是大于等于0，同时也小于等于1，则点f1的坐标为f1(-1+j,j)，点f2的坐标为f2(1-k,k)，经过测试发现，在参数j,k靠近0时，本曲线在视觉上会出现明显区分，在限定参数j＝k时，其最高点在g＝1/2的位置出现，而其坐标y值为3j/4，根据此值有利于简化最佳曲线计算。

令最优近似多边形为B{b0,……,by-1},其中每条边对应的中心点集合C{c0,……cy-1},其中cx＝(bx+bx+1)/2，通过转换成贝塞尔曲线，完成路径片段的光滑化。首次，在点bx上形成一个正方形，其边长为一个单位长度，其次，在此正方形外围做一条直线，平行并尽可能靠近于路径片段Lx(cx-1,cx)，令点d为上述片段Lx与片段Lb(cx-1,bx)的交点，片段Ld(cx-1,d)的长度除以片段Lb(cx-1,bx)的长度的商为e,取j＝4e/3,获取最佳贝塞尔曲线，并决定上述路径片段Lx的曲线片段，在参数j小于等于1时，在此顶点平滑一条贝斯阿尔曲线，在参数j大于1时，因无凸出曲线则评定为转角，绘制相交于点bx的直线片段，确保曲线更平滑，转角更尖锐。

本算法设定了此临界阈值，使之适应热转印打印图像，而非上述的临界值1，取值范围在0.6到1之间，偏向于直线或转角，避免拖尾现象。在靠近的曲线之间，会有意连接，但需要确保所连曲线为凸出的，而在直线或转角之间，只会延伸。在曲线连接之前，绘制一条曲线片段La,使之与片段L0(c0,b1)和片段Ln(bn,cn)相切，其交叉点即为上述点h,即最终由参数j决定，如使上述曲线片段La所围的面积与原片段曲线所围的面积相同，则可决定参数j。

在上述曲线片段La上任取一点Mx，经过此点绘制一条直线，使之平行于多边形片段Li(bi,bi+1),计算点Mx到多边形片段Li(bi,bi+1)的欧几里得距离为Dx,同样在1到x-1之间任取一点My，经过此点绘制一条直线，使之平行片段Li-1(bi-1,bi),计算点My到多边形片段Li-1(bi-1,bi)的欧几里得距离为Dy,当上述欧几里得距离Dx在上述片段Lx和点bx的同边，即为正值，上述欧几里得距离Dy在上述片段Lx和点bx的异边，即为负值，设置曲线优化算法的容忍值为Q,则在上述Dx小于等于Q,上述Dy大于等于-Q的条件下，可接收为近似曲线。设置惩罚值为当前片段所有类似欧几里得距离Dx和Dy的平方和，计算全局轮廓片段曲线惩罚值进行改进与优化。

最终生成一组曲线与直线集合，其由贝塞尔曲线和直线片段构成，形成全局矢量化轮廓。这些片段的结束点和控制点是坐标平面内的任意点，依据选择的参数，执行一个线性的变化，缩放图像至需要的尺寸，并可以旋转它，数据发至热转印打印机，进行打印并雕刻，其精度达到0.05mm。结果如图5、图6所示。

采用上述方案的有益效果是：本发明提出的一种热转印打印机，通过改进图像处理和模切方法，减小了热转印打印机打印产品的误差，提高了热转印打印机打印产品的质量，对于热转印打印机的发展具有重要意义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种热转印打印机，其特征在于，包括图像处理模块、模切控制模块和打印控制模块；

所述图像处理模块通过控制界面实现图像寻边、图像标定，若图像标定达到预期，进入模切控制模块和打印控制模块；

所述模切控制模块实现图像矢量化、位置数据转换和裁切控制；

所述打印控制模块实现图像打印，若打印至指定位置，向控制主板发送切割命令；其中，所述图像寻边具体包括如下步骤：

步骤1、图像二值化：将图像转化成二值化图；

步骤2、找到近似轮廓：找到二值化图的近似轮廓；

步骤3、平衡处理：将近似轮廓平衡处理，在多边形和光滑之间找到一个合理值；

步骤4、改进处理：改进平衡处理之后的轮廓，过滤无关特征。

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