立體打印系統(tǒng)以及立體打印方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種立體打印系統(tǒng)以及立體打印方法。立體打印系統(tǒng)包括光源單元、至少一影像擷取模塊、處理單元以及打印裝置。影像擷取模塊包括影像擷取單元以及調(diào)焦鏡組。處理單元控制調(diào)焦鏡組改變拍攝焦距，并控制影像擷取單元在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像。其中，每一個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，處理單元根據(jù)影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距計算出待測物體的立體輪廓數(shù)據(jù)。打印裝置根據(jù)立體輪廓數(shù)據(jù)打印出對應待測物體的多個截面輪廓。一種立體打印方法也被提供。
【專利說明】立體打印系統(tǒng)以及立體打印方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種打印系統(tǒng)以及打印方法，且特別是涉及一種立體打印系統(tǒng)以及立體打印方法。

【背景技術】
[0002]隨著科技的日新月異，人們不再滿足于僅止于平面的復印技術。近年來，立體打印技術，即3D打印技術(3dimens1nal printing technology)使得立體的物件也能夠被打印復制，從而能夠快速且廉價地大量制造產(chǎn)品。
[0003]立體打印技術可用于模具制造、工業(yè)設計等領域以制造模型，近年來也逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應用(比如髖關節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件)已經(jīng)有使用這種技術打印而成的零部件。一般而言，立體打印技術的設計過程是:先通過電腦輔助設計(CAD)或電腦動畫建模軟體建模，再將建成的3D模型「分割」成逐層的截面，從而指導打印機逐層打印。
[0004]然而，對于已存在的實際物體，則需要額外使用人工方式以上述電腦輔助設計或電腦動畫建模軟體(軟件)對該實際物體進行描繪建模后，方可進行立體打印。如此一來，不但復制品的精確度難以提升，且需要花費額外的時間與人工，從而提高了復制品的成本。因此，如何精確且有效率地取得欲復制的物體的輪廓資訊已成為目前立體打印技術亟待解決的問題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種立體打印系統(tǒng)以及立體打印方法，可準確且有效率地取得待測物體的立體輪廓數(shù)據(jù)。
[0006]為達上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種立體打印系統(tǒng)，包括光源單元、至少一影像擷取模塊、處理單元以及打印裝置。光源單元照明待測物體。影像擷取模塊包括影像擷取單元以及調(diào)焦鏡組。影像擷取單元配置于待測物體的一側，調(diào)焦鏡組配置于影像擷取單元與待測物體之間。處理單元控制調(diào)焦鏡組改變拍攝焦距，并控制影像擷取單元在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像，其中每一個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，處理單元根據(jù)影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距計算出待測物體的立體輪廓數(shù)據(jù)。打印裝置根據(jù)立體輪廓數(shù)據(jù)打印出對應待測物體的多個截面輪廓。
[0007]在本發(fā)明的實施例中，光源單元向待測物體提供照明光，待測物體相對照明光為不透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像,立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體的表面輪廓。
[0008]在本發(fā)明的實施例中，影像擷取模塊是以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為，在待測物體與焦平面重疊的截面積最大時，調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至焦平面的距離。
[0009]在本發(fā)明的實施例中，光源單元向待測物體提供照明光，待測物體相對照明光為透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體的表面輪廓與內(nèi)部形狀。
[0010]在本發(fā)明的實施例中，影像擷取模塊是以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最長距離。
[0011]在本發(fā)明的實施例中，至少一影像擷取模塊為多個影像擷取模塊，分別配置于待測物體的周圍，其中多個影像擷取模塊分別以不同的拍攝光軸擷取待測物體的至少一部分的影像。
[0012]在本發(fā)明的實施例中，處理單元將影像擷取單元在不同的拍攝焦距下所擷取到的待測物體的多個影像中已對焦的局部影像分別映射至打印裝置的驅(qū)動單元，驅(qū)動單元根據(jù)所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行打印。
[0013]在本發(fā)明的實施例中，驅(qū)動單元根據(jù)所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及打印。
[0014]本發(fā)明的實施例提供一種立體打印方法，包括照明待測物體；在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像，其中每一多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像；根據(jù)影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距計算出待測物體的立體輪廓數(shù)據(jù)；以及根據(jù)立體輪廓數(shù)據(jù)，打印出對應待測物體的多個截面輪廓。
[0015]在本發(fā)明的實施例中，待測物體相對照明待測物體的照明光為不透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體的表面輪廓。
[0016]在本發(fā)明的實施例中，其中在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像的方法中還包括:通過至少一影像擷取模塊以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為影像擷取模塊的調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為，在待測物體與焦平面重疊的截面積最大時，調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至焦平面的距離。
[0017]在本發(fā)明的實施例中，待測物體相對照明待測物體的照明光為透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體的表面輪廓與內(nèi)部形狀。
[0018]在本發(fā)明的實施例中，在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像的方法中還包括:通過至少一影像擷取模塊以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為影像擷取模塊的調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為調(diào)焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最長距離。
[0019]在本發(fā)明的實施例中，還包括將在不同的拍攝焦距下所擷取到的待測物體的多個影像中已對焦的局部影像分別映射至打印裝置的驅(qū)動單元，驅(qū)動單元根據(jù)所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行打印。
[0020]在本發(fā)明的實施例中，驅(qū)動單元根據(jù)所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及打印。
[0021]基于上述，通過本發(fā)明實施例中的立體打印系統(tǒng)以及立體打印方法，待測物體的輪廓、形狀等立體輪廓數(shù)據(jù)可被精準且有效率地取得，并且，成品可被快速、精準地復制，從而生產(chǎn)品質(zhì)得以提高，生產(chǎn)成本得以降低。
[0022]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1A繪示出本發(fā)明第I實施例中的立體打印系統(tǒng)的示意圖；
[0024]圖1B繪示出圖1A實施例中的立體打印系統(tǒng)的俯視圖；
[0025]圖2A繪示出圖1A實施例中的調(diào)焦鏡組的一種實施形態(tài)的示意圖；
[0026]圖2B繪示出圖2A中的電極層ET的俯視示意圖；
[0027]圖3A至圖3D分別繪示出影像擷取模塊120在焦距fl、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖；
[0028]圖3E繪示出將圖3D中的影像R4映射至驅(qū)動單元的示意圖；
[0029]圖3F繪示出將圖3D中的影像R4進行影像縮放并映射至驅(qū)動單元的示意圖；
[0030]圖4繪示出圖1實施例的立體打印系統(tǒng)的另一種實施態(tài)樣；
[0031]圖5A繪示出本發(fā)明第2實施例中的立體打印系統(tǒng)的示意圖；
[0032]圖5B繪示出圖5A實施例中的立體打印系統(tǒng)的俯視圖；
[0033]圖6A至圖6D分別繪示出影像擷取模塊220在焦距fl、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖；
[0034]圖7繪示出本發(fā)明的第三實施例的立體打印方法。
[0035]符號說明
[0036]100、100’、200:立體打印系統(tǒng)
[0037]110、110’:光源單元
[0038]120、120A、120B、220:影像擷取模塊
[0039]122、122A、122B、222:影像擷取單元
[0040]124、124A、124B、224:調(diào)焦鏡組
[0041]130:處理單元
[0042]140:打印裝置
[0043]142:驅(qū)動單元
[0044]AM:配向?qū)?br> [0045]AX、AX1、AX2:拍攝光軸
[0046]B:光束
[0047]ET:電極層
[0048]ET1、ET2:電極層區(qū)域
[0049]f、fO、H、f2、f3、f4、f5、f6、f7、fa、fb:焦距
[0050]L、L’:照明光
[0051]LC:液晶層
[0052]OB:待測物體
[0053]P、P0、P0，、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7:焦平面
[0054]R1、R2、R3、R4、R1，、R2，、R3，、R4，、DR4、DR4’:影像
[0055]SB:透光基板
[0056]S2、S3、S4、SlU S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S33、S34、S41、S42、S43、S44:
局部影像
[0057]S100、S200、S300、S400:步驟
[0058]VC:電壓源
[0059]XI, YU X2, Yl、X3, Y1、XI，Y2、XI，Y3、XI’，Y1’、X2’，Y1’、X3’，Y1’、XI’，Y2’、ΧΓ，Y3’:像素

【具體實施方式】
[0060]圖1A繪示出本發(fā)明第I實施例中的立體打印系統(tǒng)的示意圖，請參照圖1Α，在本實施例中，立體打印系統(tǒng)100包括光源單元110、至少一影像擷取模塊120、處理單元130以及打印裝置140。
[0061]其中，光源單元110照明待測物體0Β。影像擷取模塊120包括影像擷取單元122以及調(diào)焦鏡組124。影像擷取單元122配置于待測物體OB的一側，調(diào)焦鏡組124配置于影像擷取單元122與待測物體OB之間。處理單元130控制調(diào)焦鏡組124改變拍攝焦距f (如圖1A中的焦距fl、f2、f3及f4，并控制影像擷取單元122在不同的拍攝焦距f下擷取待測物體OB的多個影像。其中，圖1A中待測物體OB的形狀、各構件之間的大小、距離以及相對位置等僅作為例示說明本實施例，本發(fā)明不以此為限。
[0062]其中，每一個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，處理單元130再根據(jù)影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距f計算出待測物體OB的立體輪廓數(shù)據(jù)。打印裝置140根據(jù)所述立體輪廓數(shù)據(jù)打印出對應所述待測物體OB的多個截面輪廓。關于已對焦與未對焦的局部影像以及截面輪廓將于后續(xù)詳述之。
[0063]請繼續(xù)參考圖1A，在本實施例中，光源單元110向待測物體OB提供照明光L，其中，待測物體OB相對照明光為不透明。舉例而言，照明光L可以是可見光，而待測物體OB可以是一般不透明的材料，然而本發(fā)明不以此為限。
[0064]此外,在本實施例中，影像擷取單元122例如是電荷稱合元件型(charge coupleddevice,CCD)或是互補式金氧半導體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)的光偵測器或影像偵測器，其可用于感測灰階或彩色的影像，本發(fā)明不以此為限。
[0065]圖1B繪示出圖1A實施例中的立體打印系統(tǒng)的俯視圖，請參考圖1A至圖1B，在本實施例中，由于調(diào)焦鏡組124的拍攝焦距f可調(diào)整，因此調(diào)焦鏡組124可以調(diào)整拍攝的焦平面P (如圖1A中的焦平面P1、P2、P3及P4)，在這些焦平面P上的影像能夠被對焦，從而能夠清楚地被影像擷取模塊120擷取到，而不在這些焦平面P上的影像，雖然仍會被擷取到，但是會由于未對焦的緣故而形成模糊的影像。如此，處理單元130可以根據(jù)精度需求，進而選擇通過合適的影像邊緣演算法來判定這些影像中已對焦以及未對焦的局部影像。
[0066]請繼續(xù)參照圖1A及圖1B，在本實施例中，影像擷取模塊120是以拍攝光軸AX拍攝待測物體0B，拍攝焦距f的最小值可為調(diào)焦鏡組124沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最短距離，拍攝焦距f的最大值可為，在待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大(例如圖1A中的焦平面P4處)時，調(diào)焦鏡組124沿著拍攝光軸AX至焦平面P的距離。
[0067]由于在本實施例中，待測物體OB相對于照明光L不透明，因此在待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大之處，即使再增大拍攝焦距f (例如增加焦距至焦平面PO之處)也沒有辦法拍攝到清楚的局部影像，另一方面，當拍攝焦距比調(diào)焦鏡組124沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最短距離還要短時(例如減少焦距至焦平面PO’處)，由于焦平面PO’尚未與待測物體OB重疊，因此同樣地也無法拍攝到清楚的局部影像。
[0068]圖2A繪示出圖1A實施例中的調(diào)焦鏡組的一種實施形態(tài)的示意圖，圖2B繪示出圖2A中的電極層ET的俯視示意圖，請參照圖2A以及圖2B，舉例而言，在本實施例中，調(diào)焦鏡組 124 可包括液晶可調(diào)焦透鏡(liquid crystal tunable-focal-length lenses),即，如圖2A及圖2B所示，液晶層LC被夾置在二層分別包括透光基板SB (例如是玻璃基板等透光材質(zhì))、電極層ET(例如是涂布著銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)等透明導電材料所形成的透光電極層)、以及配向?qū)覣M的基板之間。如圖2Α所示，光束B通過此調(diào)焦鏡組124從而被匯聚。
[0069]一般而言，在液晶層LC未受到外加電場影響時，靠近配向?qū)拥囊壕Х肿訒樦湎驅(qū)覣M的配向方向而排列，而使得通過調(diào)焦鏡組124的光線B偏折而匯聚在例如是焦距fa的位置。
[0070]另一方面，在電壓源VC對如圖2A中的上下二電極層ET施加電壓時，液晶層LC受到外加電場(在圖2A中，例如是受到方向由上而下的電壓)，液晶層LC中的液晶分子會順著外加電場的方向而改變方向(orientat1n),從而這些受到外加電場影響的液晶分子相對于入射至調(diào)焦鏡組124的光束B的折射能力變?nèi)?，而使得整體調(diào)焦鏡組124的焦距變長(例如由焦距fa至焦距fb)。
[0071]進一步而言，為了使光束B在通過調(diào)焦鏡組124后能夠依照設計而匯聚為特定的光型，電極層ET可具有如下設計，請參照圖2B，在本實施例中，電極層ET上并非完全涂布著透明導電材料，而僅僅是局部涂布著。
[0072]舉例而言，如圖2B所繪示，在本實施例中，電極層ET中圓形的電極層區(qū)域ETl的部分未涂布著透明導電材料，而僅在電極層ET中的電極層區(qū)域ET2涂布著透明導電材料。如此，由于電極層區(qū)域ET2并不被施加電壓，因此在電壓源VC對電極層ET施加電壓時，由于整體的外加電場的強度由外圍(對應電極層區(qū)域ETl)往內(nèi)(對應電極層區(qū)域ET2)衰減，從而使調(diào)焦鏡組124形成漸進式的折射率分布(外圍對應電極層區(qū)域ETl對光束B的折射率較小，往內(nèi)對應電極層區(qū)域ET2對光束B的折射率較大)，從而可以達到需求的聚焦效果。
[0073]值得注意的是，上述的電極層區(qū)域ET1、ET2等構件的配置形狀、大小、相對位置等結構僅作為例示說明本實施例，在其他實施例中可以依照需求而有不同的設計，本發(fā)明并不以此為限。
[0074]如此，通過改變外加電場的大小、方向等參數(shù)，可以使得調(diào)焦鏡組124的焦距能夠被精密地調(diào)整，且無需額外動件，從而能夠使變焦精準快速，而沒有動件磨損的情況發(fā)生。
[0075]此外，在其他實施例中，調(diào)焦鏡組124也可以實施為包括其他結構，例如包括音圈馬達(voice coil motor, VCM)?；蚴牵谄渌麑嵤├?，調(diào)焦鏡組124也可以包括定焦透鏡(未圖示)，通過手動或自動方式來移動此定焦透鏡以改變對焦焦距，從而也能夠達到與調(diào)焦鏡組124相同或相似的功效，本發(fā)明不以此為限。
[0076]圖3A至圖3D分別繪示出影像擷取模塊120在焦距fl、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖，請繼續(xù)參照圖1A至圖3D，詳細而言，在本實施例中，已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體OB的表面輪廓。
[0077]詳細而言，請先參照圖1B及圖3A，圖3A繪示出影像擷取模塊120在焦平面Pl所拍攝到的影像Rl經(jīng)過處理單元130處理后的示意圖，由圖1B及圖3A可以看出，待測物體OB與焦平面Pl重疊的部分，即圖1B及圖3A中的局部影像S11、S12可被清楚地辨識出來，而待測物體OB未與焦平面Pl重疊的部分，由于未對焦而成為模糊的局部影像，因此在影像Rl經(jīng)過處理單元130處理后可被濾除。
[0078]接著請參照圖3B，圖3B繪示出影像擷取模塊120在焦平面P2所拍攝到的影像R2經(jīng)過處理單元130處理后的示意圖，由圖1B及圖3B可以看出，待測物體OB與焦平面P2重疊的部分，即圖1B及圖3B中的局部影像S21、S22、S23、S24可被清楚地辨識出來，待測物體OB未與焦平面P2重疊的影像模糊部分則在被處理單元130處理后被濾除，在此不再贅述。
[0079]接著請參照圖3C，圖3C繪示出影像擷取模塊120在焦平面P3所拍攝到的影像R3經(jīng)過處理單元130處理后的示意圖，由圖1B及圖3C可以看出，待測物體OB與焦平面P3重疊的部分，即圖1B及圖3C中的局部影像S31、S32、S33、S34可被清楚地辨識出來，待測物體OB未與焦平面P3重疊的影像模糊部分則在被處理單元130處理后被濾除，在此不再贅述。
[0080]接著請參照圖3D，圖3D繪示出影像擷取模塊120在焦平面P3所拍攝到的影像R4經(jīng)過處理單元130處理后的示意圖，由圖1B及圖3D可以看出，待測物體OB與焦平面P4重疊的部分，即圖1B及圖3D中的局部影像S41、S42、S43、S44可被清楚地辨識出來，待測物體OB未與焦平面P4重疊的部分則在被處理單元130處理后被濾除，在此不再贅述。
[0081]在本實施例中，通過上述的方式所擷取到并處理過后的影像Rl?R4，相當于是待測物體OB的外殼在各焦平面P上的縱切片。圖1A至圖3D中的焦平面P僅僅作為例示而為4個，實際上可依照精度要求而增加或減少焦平面P的數(shù)量。例如，當焦平面P的數(shù)量很多的時候，待測物體OB的表面輪廓即可以被處理單元130相當精準地推算并記錄而成為立體輪廓數(shù)據(jù)。
[0082]當這些影像(如影像Rl?R4)被處理單元130計算并紀錄下來而成為立體輪廓數(shù)據(jù)之后，處理單元130可以將此立體輪廓數(shù)據(jù)傳送至打印裝置140，打印裝置可以根據(jù)各影像(如影像Rl?R4)來進行堆疊累積打印，相當于一層一層地將對應于待測物體OB的表面輪廓的截面輪廓打印出來，在完整地將所有的截面輪廓打印出來后，即可通過堆疊累積的方式得到待測物體OB的表面輪廓(即其外殼)的復制品。這樣的外殼復制品可以完全地反應原來待測物體OB的表面輪廓，而不必預先利用電腦輔助設計或電腦動畫建模軟體來進行描繪，從而能夠節(jié)省制造時間以及節(jié)省制造成本，同時也可維持良好的復制精度。
[0083]當然，本實施例中的立體打印系統(tǒng)100也可依照需求對待測物體OB的立體輪廓數(shù)據(jù)進行映射(mapping)處理單元130可將影像擷取單元122在不同的拍攝焦距f下所擷取到的待測物體OB的多個影像中已對焦的局部影像分別映射至打印裝置140的驅(qū)動單元142，驅(qū)動單元142根據(jù)所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行打印。其中，驅(qū)動單元142例如為包括處理器(未圖示)以及記憶體(未圖示)等硬件以及包括映射軟體、影像處理軟體、以及打印軟體等。
[0084]舉例而言，圖3E繪示出將圖3D中的影像R4映射至驅(qū)動單元的示意圖，圖3F繪示出將圖3D中的影像R4進行影像縮放并映射至驅(qū)動單元的示意圖，請先參照圖1、圖3D及圖3E，在影像擷取單元122的影像分辨率與打印單元140的影像分辨率一致的情況下，影像R4中已對焦的局部影像(圖3E中黑粗線)可以被處理單元130以1:1的比例映射至驅(qū)動單元142而成為影像DR4，例如將影像R4的像素XI，YUX2, YUX3, YUX1, Υ2、Χ1，Υ3……等像素逐一映射至影像DR4上的像素XI，YU Χ2, YU Χ3, Υ1、XI，Υ2、XI，Υ3……，驅(qū)動單元142可根據(jù)此影像DR4打印出1:1的待測物體OB的立體復制物品。
[0085]然而，在更多的情況下，影像擷取單元122的影像分辨率與打印單元140的影像分辨率并不一致，例如，請參考圖3F，在影像擷取單元122的影像分辨率小于打印單元140的影像分辨率時，驅(qū)動單元142可進一步對從處理單元130映射的影像R4進行影像縮放
(image scaling)，例如圖 3E 中將影像 R4 的像素 XI，Y1、X2，Y1、X3，Y1、X1，Y2、X1，Y3......等像素經(jīng)過影像縮放后逐一映射至影像DR4’上的像素ΧΓ，Yl’、Χ2’，Yl’、Χ3’，ΥΓ、ΧΓ，Υ2’、Χ1’，Υ3’……，，并可通過各種影像演算法進行平滑化、邊緣銳利化等影像處理，如此，驅(qū)動單元142可根據(jù)此影像DR4’打印出與待測物體OB不同比例的立體復制物品。
[0086]此外，在本實施例中，通過將調(diào)焦鏡組124的拍攝焦距f的范圍設定如上，從而可以有效地對待測物體OB的表面進行逐步地掃描，從而能夠擷取到待測物體OB表面輪廓。同時，若是待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大之處是位于待測物體OB的中央?yún)^(qū)域部分的話，則可如圖1A的架構，先測量一半的待測物體OB的輪廓，而后再將待測物體OB相對影像擷取模塊120旋轉180度翻至背面再重新掃描待測物體OB的另一半邊，由此可以得到完整的待測物體OB的整體表面輪廓。
[0087]或是，圖4繪示出圖1實施例的立體打印系統(tǒng)的另一種實施態(tài)樣，請參照圖1A及圖4，圖4中的立體打印系統(tǒng)100’與圖1A中的立體打印系統(tǒng)100相似，其相同的構件則沿用相同的標號。其中，相較于圖1的立體打印系統(tǒng)100，圖4中的立體打印系統(tǒng)100’具有二個影像擷取模塊120A、120B (各自包括影像擷取單元122A、122B以及調(diào)焦鏡組124A、124B)，分別配置在待測物體OB的周圍，并以各自的拍攝光軸AX1、AX2對待測物體OB進行拍攝。如此一來，即使待測物體OB相對照明光L不透明，則影像擷取模塊120AU20B仍然可以擷取到待測物體OB整體的表面輪廓(例如，在影像擷取模塊120A拍攝焦平面Pl?P4的影像時，在影像擷取模塊120B可以同時拍攝焦平面P5?P7的影像)，而不必相對影像擷取模塊120旋轉待測物體0B，從而可進一步地節(jié)省擷取表面輪廓的時間。當然，在其他實施形態(tài)中也可采用二個以上的影像擷取模塊，從而能夠進一步地提高掃描速度以及測量的精度。
[0088]圖4中所繪示的二個影像擷取模塊120AU20B所配置的位置與數(shù)量僅作為例示說明本實施例，本發(fā)明不以此為限。在其他實施例中，也可依照需求配置不同數(shù)量的影像擷取模塊，或使影像擷取模塊由不同方向(例如由水平方向、垂直方向或是以相對待測物體OB傾斜的方向等等)對待測物體OB進行拍攝。
[0089]圖5A繪示出本發(fā)明第2實施例中的立體打印系統(tǒng)的示意圖,請參照圖1A及圖5A,與圖1A實施例中的立體打印系統(tǒng)100相似，然而不同之處在于，本實施例中的立體打印系統(tǒng)200所使用的光源單元110’向待測物體OB提供照明光L’，待測物體OB相對照明光L’為透明(例如，照明光L’可為X射線)，且已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體OB的表面輪廓與內(nèi)部形狀。換言之，在第I實施例中是僅測量待測物體OB的表面輪廓(即其外殼)，而在本實施例中，由于待測物體OB相對照明光L’為透明，待測物體OB配置于光源單元110’與待測物體OB之間，且光源單元110’相對待測物體OB與光源單元110’對向配置，因此照明光L’可穿透待測物體OB而被影像接收模塊220 (包括影像擷取單元222以及調(diào)焦鏡組224)接收到，從而使得待測物體OB的內(nèi)部形狀也能夠被影像接收模塊220拍攝下來。由此，所制作而成的復制品不僅是與待測物體OB具有相同的表面輪廓，連帶地連其內(nèi)部也與待測物體OB相仿。
[0090]在本實施例中，由于待測物體OB相對照明光L’為透明，即照明光L’可以穿過待測物體OB而照明其內(nèi)部(例如焦距可為焦距fO)，因此，拍攝焦距f的最小值可為調(diào)焦鏡組224沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最短距離，拍攝焦距f的最大值為調(diào)焦鏡組224沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最長距離。如此一來，可在不需旋轉待測物體OB或是額外增設多組影像擷取模塊220的情況下，也能夠良好地取得待測物體OB的表面輪廓與內(nèi)部形狀。
[0091]或是，在本實施例中，由于待測物體OB相對照明光L’為透明，因此也可通過調(diào)整光源單元110’相對于待測物體OB的距離，并使得調(diào)焦鏡組224的焦距固定，由此也能夠?qū)y物體OB的各截面進行聚焦掃描。換言之，在本實施例中，不僅僅只能通過調(diào)焦鏡組224改變焦距來達到掃描的目的，也可以通過調(diào)整光源單元110’、影像擷取模塊220以及待測物體OB之間的距離，從而也能夠得到如前述圖1A實施例的功效。
[0092]特別是，不僅在本實施例中可通過調(diào)整光源單元110’、影像擷取模塊220以及待測物體OB之間的距離來達到掃描待測物體OB的目的，在其他實施例(例如圖1A的實施例)中，同樣地可以通過調(diào)整光源單元110、影像擷取模塊120以及待測物體OB之間的距離，換言之，即改變拍攝焦距的參考基準點，從而也能夠達到與僅利用調(diào)焦鏡組124改變焦距以掃描待測物體OB相同或相似的功效。并且，拍攝焦距的參考基準點一般而言可設定在待測物體OB上，然而本發(fā)明不以此為限，在其他實施例中，拍攝焦距的參考基準點也可以設定在其他位置上，再通過處理單元130將參考基準點的資訊傳送至控制打印裝置140，從而能夠?qū)Υ郎y物體OB進行正確地復制打印。
[0093]圖5B繪示出圖5A實施例中的立體打印系統(tǒng)的俯視圖，圖6A至圖6D分別繪示出影像擷取模塊220在焦距fl、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖，其中相同或相似的構件米用相同的標號。
[0094]請參照圖5A至圖6D，在本實施例中，相較于圖3A至圖3D所繪示的影像R1、R2、R3及R4，影像擷取模塊220在焦距f 1、f2、f3及f4下所分別擷取到的影像Rl’、R2’、R3’及R4’不僅分別包括了位于待測物體OB表面的局部影像SI 1、S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S33、S34、S41、S42、S43及S44，進而還分別包括了待測物體OB內(nèi)部與焦平面P2重疊的部分的清晰的局部影像S2、待測物體OB內(nèi)部與焦平面P3重疊的部分的清晰的局部影像S3，以及待測物體OB內(nèi)部與焦平面P4重疊的部分的清晰的局部影像S4。
[0095]如此一來，這些影像Rl’、R2’、R3’及R4’相當于將待測物體OB在各焦平面P上的縱切片。而后，由打印裝置140打印出來的各影像R1’、R2’、R3’及R4’可通過如第I實施例中所述的堆疊累積打印，進而得到待測物體OB表面輪廓與內(nèi)部形狀都相同的整體的復制品。其中，相似或相同的構件等詳細的描述與作動請參考第I實施例的說明，在此不再贅述。
[0096]當然，在第2實施例的其他實施形態(tài)中，也可以采用如圖4所繪示的二個或多個的影像擷取模塊，如此可進一步增加掃描的速度以及測量的精度。
[0097]上述第I實施例與第2實施例中所使用的構件與焦平面等示意用的圖形之間的相對位置、大小比例、數(shù)量多寡、以及掃描的順序等，僅用于作為例示以說明實施例，本發(fā)明并不以此為限。
[0098]圖7繪示出本發(fā)明的第三實施例的立體打印方法，其步驟包括有:照明待測物體OB (步驟S100);在不同的拍攝焦距f下擷取待測物體OB的多個影像，其中每一多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像(步驟S200);根據(jù)影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距f計算出待測物體OB的立體輪廓數(shù)據(jù)(步驟S300);以及根據(jù)立體輪廓數(shù)據(jù)，打印出對應待測物體OB的多個截面輪廓(步驟S400)。其中，本實施例中的立體打印方法例如可采用第I實施例或第2實施例的立體打印系統(tǒng)來實施，然而本發(fā)明不以此為限。
[0099]并且，待測物體OB相對照明待測物體OB的照明光可為不透明(如第I實施例)，且已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)可包括待測物體OB的表面輪廓。換言之，待測物體OB的外殼的輪廓可以被精準地擷取下來。
[0100]或是，待測物體OB相對照明待測物體的照明光也可以為透明(如第2實施例)，且已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓數(shù)據(jù)包括待測物體OB的表面輪廓與內(nèi)部形狀。換言之，不僅是待測物體OB的外殼的輪廓，連帶地連待測物體OB的內(nèi)部結構也可以被精準地擷取下來。
[0101]并且，在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像的步驟中(步驟S200)還包括:通過至少一影像擷取模塊(例如一個影像擷取模塊120、220或是二個影像擷取模塊120AU20B或更多個影像截取模塊)以至少一拍攝光軸(例如一個拍攝光軸AX、二個拍攝光軸AX1、AX2或是更多拍攝光軸)拍攝待測物體0B，拍攝焦距f的最小值為影像擷取模塊(120、220、120A、120B)的調(diào)焦鏡組(124、224、124A、124B)沿著拍攝光軸(ΑΧ、AX1、AX2)至待測物體OB的最短距離，拍攝焦距f的最大值為，在待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大時，調(diào)焦鏡組(124、224、124A、124B)沿著拍攝光軸(AX、AX1、AX2)至焦平面P的距離。其中，詳細的拍攝過程與處理影像的詳細敘述請參考第I實施例與第2實施例的敘述，在此不再贅述。
[0102]綜上所述，本發(fā)明實施例中的立體打印系統(tǒng)通過變焦透鏡在不同焦平面取得待測物體的輪廓資訊，從而能夠準確地取得待測物體表面、甚至是內(nèi)部的輪廓形狀，進而可以再利用打印單元積層打印。如此，可以準確且有效地進行待測物體的立體打印，而能夠縮短設計成本、提升立體打印的精度與品質(zhì)。
[0103]雖然已結合以上實施例公開了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術領域】中熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
【權利要求】
1.一種立體打印系統(tǒng)，其特征在于包括: 光源單元，照明待測物體； 至少一影像擷取模塊，包括: 影像擷取單元，配置于所述待測物體的一側；以及 調(diào)焦鏡組，配置于所述影像擷取單元與所述待測物體之間； 處理單元，控制所述調(diào)焦鏡組改變拍攝焦距，并控制所述影像擷取單元在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像，其中每一所述多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，所述處理單元根據(jù)所述影像中所述已對焦的局部影像以及對應所述已對焦的局部影像的所述拍攝焦距計算出所述待測物體的立體輪廓數(shù)據(jù)；以及 打印裝置，根據(jù)所述立體輪廓數(shù)據(jù)打印出對應所述待測物體的多個截面輪廓。
2.如權利要求1所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述光源單元向所述待測物體提供照明光，所述待測物體相對所述照明光為不透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓數(shù)據(jù)包括所述待測物體的表面輪廓。
3.如權利要求2所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述影像擷取模塊是以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為，在所述待測物體與所述焦平面重疊的截面積最大時，所述調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述焦平面的距離。
4.如權利要求1所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述光源單元向所述待測物體提供照明光，所述待測物體相對所述照明光為透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓數(shù)據(jù)包括所述待測物體的表面輪廓與內(nèi)部形狀。
5.如權利要求4所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述影像擷取模塊是以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為所述調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最長距尚。
6.如權利要求1所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述至少一影像擷取模塊為多個影像擷取模塊，分別配置于所述待測物體的周圍，其中所述多個影像擷取模塊分別以不同的拍攝光軸擷取所述待測物體的至少一部分的影像。
7.如權利要求1所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述處理單元將所述影像擷取單元在不同的所述拍攝焦距下所擷取到的所述待測物體的所述多個影像中已對焦的局部影像分別映射至所述打印裝置的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元根據(jù)所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行打印。
8.如權利要求7所述的立體打印系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動單元根據(jù)所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及打印。
9.一種立體打印方法，其特征在于包括: 照明待測物體； 在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像，其中每一所述多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像； 根據(jù)所述影像中所述已對焦的局部影像以及對應所述已對焦的局部影像的所述拍攝焦距計算出所述待測物體的立體輪廓數(shù)據(jù)；以及 根據(jù)所述立體輪廓數(shù)據(jù)，打印出對應所述待測物體的多個截面輪廓。
10.如權利要求9所述的立體打印方法，其中: 所述待測物體相對照明所述待測物體的照明光為不透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓數(shù)據(jù)包括所述待測物體的表面輪廓。
11.如權利要求10所述的立體打印方法，其中在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像的方法中還包括: 通過至少一影像擷取模塊以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述影像擷取模塊的調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為，在所述待測物體與所述焦平面重疊的截面積最大時，所述調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述焦平面的距離。
12.如權利要求9所述的立體打印方法，其中: 所述待測物體相對照明所述待測物體的照明光為透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓數(shù)據(jù)包括所述待測物體的表面輪廓與內(nèi)部形狀。
13.如權利要求12所述的立體打印方法，其中在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像的方法中還包括: 通過至少一影像擷取模塊以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述影像擷取模塊的調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為所述調(diào)焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最長距離。
14.如權利要求9所述的立體打印方法，還包括將在不同的所述拍攝焦距下所擷取到的所述待測物體的所述多個影像中已對焦的局部影像分別映射至打印裝置的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元根據(jù)所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行打印。
15.如權利要求14所述的立體打印方法，其中所述驅(qū)動單元根據(jù)所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及打印。
【文檔編號】B29C67/00GK104441650SQ201310571659
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】曾令遠 申請人:點晶科技股份有限公司