CN115723471B - 一种石材镶嵌智能加工方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种石材镶嵌图案智能加工方法和系统，通过利用图像处理技术来分析处理目标图案的轮廓区域信息，并且根据颜色信息从石材大板数据库中检索出各图像区域对应最合适的大板，再将所有信息导入到石材智能切割系统进行加工，最后利用机械手实现摆放，本申请能实现智能化石材镶嵌图案的制作，提高传统镶嵌技术的制作效率，丰富石材镶嵌图案的种类，解决石材边角料的处理问题。本申请对于提高石材的附加值，促进石材产业向自动化、数字化、智能化方向转型具有重要的作用。

Description

一种石材镶嵌智能加工方法和系统

技术领域

本发明涉及石材智能化加工领域，特别是指一种石材镶嵌智能加工方法和系统。

背景技术

石材大板是由矿山上开采的荒料经过锯切、补胶、加固、抛光等工序而形成的一种建筑装饰材料，它具有优雅美观、安全耐用、自然大气等特点，在日常生活中应用广泛，如房子内部地板和背景墙、餐桌、橱柜等等，让生活更加贴近自然，富含艺术气息。中国目前每年至少要进口数千万吨的石材，且生产的各类石材产品已经远远超过若干亿平方米，按目前的石材用量取80％的出材率，剩下的20％则大部分都是边角料，而这些边角料目前大部分都是被当作废料处理。这种处理方式不但浪费了石材这一自然的资源，也给环境带来了负面影响。

随着人们生活水平的不断提高，人们对生活品质的追求也越来越强烈，包括对石材镶嵌图案的审美等，于是拥有丰富颜色且质量可靠的天然石材大板及其边角料等便成了制作镶嵌图案的重要选择材料。而在利用石材制作镶嵌图案时都要经过人工设计图案和人工查找对应石材大板这两个过程，其作用分别是确定一个镶嵌目标图案和为镶嵌目标图案寻找最合适的大板。因此在石材镶嵌图案的制作中，镶嵌图案和图案制作的原材料都十分关键。

目前关于石材镶嵌图案的制作方法有两种：一种是手工生产技术，由人工进行图案设计、片料切割、片料摆放等所有工序，这种技术受主观因素影响较大且加工效率较低，而且由于工作环境较差、对工人的手艺要求较高等原因导致该行业出现人才断层的局面；另一种是数控加工生产，其图案仍然是由人工进行设计，然后再通过人工挑选石材大板，最后由切割设备对大板进行切割。这种方式虽然效率有所提高，但是它仍然由人工设计图案和人工挑选图案，这些方式导致它的镶嵌图案的质量有所降低。而且数控加工生产出来的镶嵌图案往往比较单调和简单。关于目前石材镶嵌图案的制作方法，它们都含人工设计图案和人工挑选石材等环节，其自动化和智能化的程度较低。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的石材镶嵌图案制作难度高、经验要求高、效率低、受主观影响较大等缺陷，提出一种石材镶嵌智能加工方法和系统。

本发明采用如下技术方案：

一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.获取具有目标图案的第一图像进行处理，得到第二图像；

S2.分析所述第二图像的轮廓区域信息，将所述第二图像按照轮廓区域信息划分成若干第三图像，并得到每个所述第三图像在所述第二图像中的位置信息；

S3.将若干第三图像分别与石材大板数据库中的石材大板图像进行比对，得到每张第三图像的相似度最高的石材大板图像；

S4.根据得到的石材大板图像的信息确定每张所述第三图像对应的待加工的石材大板，并根据所述第三图像的轮廓形状对待加工的所述石材大板进行加工得到石材板块；

S5.根据若干所述第三图像在所述第二图像中的位置信息将对应的所述石材板块拼接成目标图案。

优选的，S1中，将所述第一图像的尺寸调整为目标尺寸得到第二图像，并在所述第二图像上建立坐标系。

优选的，所述第一图像的尺寸符合石材大板拼接的范围，且所述第一图像的颜色在石材大板各种种类颜色的综合范围内。

优选的，S2中，采用边缘检测图像分割方法，将目标图像按照轮廓划分成不同的区域，得到若干个所述第三图像，将所述第三图像在所述第二图像建立的坐标系上的位置区域信息作为所述位置信息。

优选的，S2中，还包括根据所述第三图像中每个像素对应不同颜色通道的值，得到颜色信息值；则S3中，具体包括如下：

S31.首先，将所述石材大板数据库中图像的尺寸小于所述第三图像的尺寸的石材大板图像排除；

S32.其次，根据颜色信息计算方法计算剩余的石材大板图像的颜色信息值；

S33.将得到的石材大板图像的颜色信息值与所述第三图像的颜色信息值带入颜色相似度计算公式中进行计算得到相似度值，得到所述第三图像的相似度值最高的石材大板图像的信息；

S34.重复步骤S31-S33，得到每张所述第三图像的相似度值最高的石材大板图像的信息。

优选的，根据下式计算颜色信息值

CIV＝{R_CIV，G_CIV，B_CIV},

其中pixels是指总像素点数,r_i、g_i、b_i表示的是对应像素点在Red、Green、Blue三个颜色通道的值。

优选的，S32中，根据下式计算两个图像之间的颜色相似度值

其中，R1、G1、B1分别是所述第三图像对应的R_CIV、G_CIV、B_CIV值，R2、G2、B2分别是所述石材大板图像对应的R_CIV、G_CIV、B_CIV值，R3、G3、B3分别是第三图像与石材大板图像对应三个通道的颜色值差异程度，SIM表示的是两图像的颜色相似度，其值越大代表相似度越高。

优选的，S4中，根据所述第三图像的轮廓形状对待加工的所述石材大板进行加工，具体为：根据所述第三图像的轮廓形状，控制智能切割设备识别待加工的石材大板的轮廓并自动规划最合理的位置对其进行加工，得到第三图像对应的石材板块。

优选的，S5中，根据所述第二图像的大小制作图案框架，根据若干所述第三图像在所述第二图像中的位置信息，分别将所述石材板块放置于所述图案框架中。

一种石材镶嵌智能加工系统，其特征在于，包括：

图像获取模块，获取具有目标图案的第一图像进行处理，得到第二图像；

图像分割模块，分析所述第二图像的轮廓区域信息，将所述第二图像按照轮廓区域信息划分成若干第三图像，并得到每个所述第三图像在所述第二图像中的位置信息；

对比模块，将若干第三图像分别与石材大板数据库中的石材大板图像进行比对，得到每张第三图像的相似度最高的石材大板图像；

加工模块，根据得到的石材大板图像的信息确定每张所述第三图像对应的待加工的石材大板，并根据所述第三图像的轮廓形状对待加工的所述石材大板进行加工得到石材板块；

拼接模块，根据若干所述第三图像在所述第二图像中的位置信息将对应的所述石材板块拼接成目标图案。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的方法，利用图像处理技术识别图案轮廓可以通过计算机自动完成个性化图案的处理，无需人工进行图案设计，且能实现多种多样的图案。

(2)本发明的方法，通过计算机基于颜色自动检索的办法，无需人工进行挑选，提高了石材镶嵌图案制作的效率。

(3)本发明的方法，通过图像处理技术识别的图案轮廓来确定智能切割设备的切割轨迹的规划，并且由机械手来进行拼接摆放，极大地提高了石材镶嵌技术的自动化程度，降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明流程与传统方法对比图；

图3为本发明方法流程应用举例图；

图4为本发明拼接摆放示意图；

其中:

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。应当注意到，附图中的部件的尺寸以及大小并不是按照比例的，可能会为了明显示出的原因突出显示了某些部件的大小。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1-图3，本发明提出一种石材镶嵌图案智能加工方法，包括如下步骤：

S1.获取具有目标图案的第一图像进行处理，得到第二图像。

该步骤中，将第一图像的尺寸调整为目标尺寸得到第二图像，并在第二图像上建立坐标系。第一图像上具有目标图案，可根据用户的喜欢和需求进行选取，但是其选取需符合一定的要求，首先，其尺寸要符合石材大板拼接的范围；其次，其颜色要在目前已开采出的石材大板各种类颜色综合范围内。因此需要对第一图像的尺寸进行调整，调整后便于后续与石材大板数据库中的石材大板图像进行尺寸和颜色的对比。

S2.分析第二图像的轮廓区域信息，将第二图像按照轮廓区域信息划分成若干第三图像，并得到每个第三图像在第二图像中的位置信息。

该步骤中，利用图像处理中的基于边缘检测图像分割技术，将目标图像按照轮廓划分成不同的区域，得到若干个第三图像，将第三图像在第二图像建立的坐标系上的位置区域信息作为位置信息。

采用边缘检测图像分割方法，将目标图像按照轮廓划分成不同的区域，得到若干个第三图像，将第三图像在第二图像建立的坐标系上的位置区域信息作为位置信息。例如，图3中分成区域1、区域2、区域3、区域4和区域5。

该步骤中，还包括根据第三图像中每个像素对应不同颜色通道的值，得到颜色信息值(其中颜色信息值(Color Information Value,CIV)将按照如下定义来表示)；

CIV＝{R_CIV，G_CIV，B_CIV}

其中，pixels是指总像素点数，ri、gi、bi表示的是对应像素点在Red、Green、Blue三个颜色通道的值。

S3.将若干第三图像分别与石材大板数据库中的石材大板图像进行比对，得到每张第三图像的相似度最高的石材大板图像。其中，可将第三图像与石材大板数据库中的石材大板图像进行尺寸大小对比，将小于第三图案尺寸大小的石材大板图像进行排除，再进行颜色相似度对比，并记录对应颜色相似度最高的石材大板信息。

在具体的实施例中，石材大板图像存储在石材大板数据库中，石材大板弹性数据库存储的内容还包括石材大板图像特征信息、石材大板图像的尺寸信息、存放信息，将石材大板图像及其相关内容映射到二维码中，以二维码作为调取石材大板图像及其相关内容的识别凭证。

具体的，矿山上开采的荒料经过锯切、补胶、抛光、加固等加工工序处理形成的石材大板，进入仓库时利用专门的图像采集系统对入库的石材大板的信息进行收集，最终所形成石材大板数据库。石材大板数据库存储的内容包括石材大板图像、石材大板图像特征信息、石材大板图像的尺寸信息、石材大板将要储存在石材板材库中的位置信息等，并将这些信息映射到二维码中，每一块石材大板都将附有包含其信息的二维码，以便后续抽取所需要的石材大板。

该步骤具体包括如下：

S31.首先，将石材大板数据库中图像的尺寸小于第三图像的尺寸的石材大板图像排除；

S32.其次，根据颜色信息计算方法计算剩余的石材大板图像的颜色信息值。

通过下式计算石材大板图像的颜色信息值：

CIV＝{R_CIV，G_CIV，B_CIV}

其中pixels是指总像素点数,ri、gi、bi表示的是对应像素点在Red、Green、Blue三个颜色通道的值。

S33.将得到的石材大板图像的颜色信息值与第三图像的颜色信息值带入颜色相似度计算公式中进行计算得到相似度值，得到第三图像的相似度值最高的石材大板图像的信息。具体的，可根据下式计算两个图像之间的颜色相似度值

其中，R1、G1、B1分别是第三图像对应的R_CIV、G_CIV、B_CIV值，R2、G2、B2分别是石材大板图像对应的R_CIV、G_CIV、B_CIV值，R3、G3、B3分别是第三图像与石材大板图像对应三个通道的颜色值差异程度，SIM表示的是两图像的颜色相似度，其值越大代表相似度越高。

S34.重复步骤S31-S33，依次将所有第三图像与石材大板数据库中的所有石材大板图像进行对比，得到每张第三图像的相似度值最高的石材大板图像的信息。

具体的，在与石材大板数据库中的所有石材大板图像匹配完成后，将记录的相似度最高的石材大板图像信息导出。将第三图像与石材大板图像的相似度结果按照：石材大板信息+相似度最高值的模式记录保存到第三图像的列表中，形成相似度的结果。

S4.根据得到的石材大板图像的信息确定每张第三图像对应的待加工的石材大板，并根据第三图像的轮廓形状对待加工的石材大板进行加工得到石材板块。

具体的，根据相似度结果，确定所有第三图像对应的相似度最高的石材大板信息，根据石材大板信息生成对应的石材大板的调取指令，通过调取指令调取石材大板，再根据第三图像的轮廓形状形成加工指令，通过加工指令利用智能切割设备进行加工，得到加工后的石材板块，参见图3中的区域2对应的加工后的石材板块。

其中，根据第三图像的轮廓形状，控制智能切割设备识别石材大板的轮廓并自动规划最合理的位置对待加工的石材大板进行加工，得到第三图像对应的石材板块。

S5.根据若干第三图像在第二图像中的位置信息将对应的石材板块拼接成目标图案。

该步骤中，可根据第二图像的大小为石材镶嵌图案制作图案框架，根据第三图像在第二图像中的位置，利用机械手分别将其对应的加工石材板块放置到图案框架中。

具体的，参考图4，将第三图像的形状轮廓和第三图像在第二图像的位置信息导入到CAM软件中，CAM软件根据其第三图像的位置信息对机械手的抓取和运动路径进行规划，形成G代码，将其导入到机械手控制端。在石材板块加工结束后，机械手将对石材板块进行识别，并且根据其对应第三图像在第二图像中的位置将其抓取并摆放到石材镶嵌图案的框架中，当所有的石材板块都摆放完毕后，完成石材镶嵌图案的智能制作。

本发明还提出一种石材镶嵌智能加工系统，包括：

图像获取模块，获取具有目标图案的第一图像进行处理，得到第二图像。

图像分割模块，分析第二图像的轮廓区域信息，将第二图像按照轮廓区域信息划分成若干第三图像，并得到每个第三图像在第二图像中的位置信息。

对比模块，将若干第三图像分别与石材大板数据库中的石材大板图像进行比对，得到每张第三图像的相似度最高的石材大板图像。

加工模块，根据得到的石材大板图像的信息确定每张第三图像对应的待加工的石材大板，并根据第三图像的轮廓形状对待加工的石材大板进行加工得到石材板块。该加工模块可采用智能切割设备。

拼接模块，根据若干第三图像在第二图像中的位置信息将对应的石材板块拼接成目标图案。该拼接模块可采用机械手。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.获取具有目标图案的第一图像进行处理，得到第二图像；

S2.分析所述第二图像的轮廓区域信息，将所述第二图像按照轮廓区域信息划分成若干第三图像，并得到每个所述第三图像在所述第二图像中的位置信息；还包括根据所述第三图像中每个像素对应不同颜色通道的值，得到颜色信息值；

S3.将若干第三图像分别与石材大板数据库中的石材大板图像进行比对，得到每张第三图像的相似度最高的石材大板图像；具体包括如下：

S31.首先，将所述石材大板数据库中图像的尺寸小于所述第三图像的尺寸的石材大板图像排除；

S32.其次，根据颜色信息计算方法计算剩余的石材大板图像的颜色信息值；根据下式计算颜色信息值

CIV＝{R_CIV，G_CIV，B_CIV}，

其中pixels是指总像素点数,r_i、g_i、b_i表示的是对应像素点在Red、Green、Blue三个颜色通道的值；

S33.将得到的石材大板图像的颜色信息值与所述第三图像的颜色信息值带入颜色相似度计算公式中进行计算得到相似度值，得到所述第三图像的相似度值最高的石材大板图像的信息；根据下式计算两个图像之间的颜色相似度值

其中，R1、G1、B1分别是所述第三图像对应的R_CIV、G_CIV、B_CIV值，R2、G2、B2分别是所述石材大板图像对应的R_CIV、G_CIV、B_CIV值，R3、G3、B3分别是第三图像与石材大板图像对应三个通道的颜色值差异程度，SIM表示的是两图像的颜色相似度，其值越大代表相似度越高；

S34.重复步骤S31-S33，得到每张所述第三图像的相似度值最高的石材大板图像的信息；

S4.根据得到的石材大板图像的信息确定每张所述第三图像对应的待加工的石材大板，并根据所述第三图像的轮廓形状对待加工的所述石材大板进行加工得到石材板块；

S5.根据若干所述第三图像在所述第二图像中的位置信息将对应的所述石材板块拼接成目标图案。

2.如权利要求1所述的一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，S1中，将所述第一图像的尺寸调整为目标尺寸得到第二图像，并在所述第二图像上建立坐标系。

3.如权利要求1所述的一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，所述第一图像的尺寸符合石材大板拼接的范围，且所述第一图像的颜色在石材大板各种种类颜色的综合范围内。

4.如权利要求1所述的一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，S2中，采用边缘检测图像分割方法，将目标图像按照轮廓划分成不同的区域，得到若干个所述第三图像，将所述第三图像在所述第二图像建立的坐标系上的位置区域信息作为所述位置信息。

5.如权利要求1所述的一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，S4中，根据所述第三图像的轮廓形状对待加工的所述石材大板进行加工，具体为：根据所述第三图像的轮廓形状，控制智能切割设备识别待加工的石材大板的轮廓并自动规划最合理的位置对其进行加工，得到第三图像对应的石材板块。

6.如权利要求1所述的一种石材镶嵌图案智能加工方法，其特征在于，S5中，根据所述第二图像的大小制作图案框架，根据若干所述第三图像在所述第二图像中的位置信息，分别将所述石材板块放置于所述图案框架中。

7.一种石材镶嵌智能加工系统，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的一种石材镶嵌图案智能加工方法，包括：

图像获取模块，获取具有目标图案的第一图像进行处理，得到第二图像；

图像分割模块，分析所述第二图像的轮廓区域信息，将所述第二图像按照轮廓区域信息划分成若干第三图像，并得到每个所述第三图像在所述第二图像中的位置信息；

对比模块，将若干第三图像分别与石材大板数据库中的石材大板图像进行比对，得到每张第三图像的相似度最高的石材大板图像；

加工模块，根据得到的石材大板图像的信息确定每张所述第三图像对应的待加工的石材大板，并根据所述第三图像的轮廓形状对待加工的所述石材大板进行加工得到石材板块；

拼接模块，根据若干所述第三图像在所述第二图像中的位置信息将对应的所述石材板块拼接成目标图案。