3D印表機使用的拍攝裝置的製作方法

2023-06-01 15:12:41

本發明涉及3D列印領域，尤其涉及一種3D印表機使用的拍攝裝置。

背景技術：

3D列印思想起源於19世紀末的美國，並在20世紀80年代得以發展和推廣。3D列印是科技融合體模型中最新的高「維度」的體現之一，中國物聯網校企聯盟把它稱作「上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場」。

19世紀末，美國研究出了的照相雕塑和地貌成形技術，隨後產生了列印技術的3D列印核心製造思想。20世紀80年代以前，三維印表機數量很少，大多集中在「科學怪人」和電子產品愛好者手中。主要用來列印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家列印出了汽車零部件，然後根據塑料模型去訂製真正市面上買到的零部件。

1979年，美國科學家RF Housholder獲得類似「快速成型」技術的專利，但沒有被商業化。20世紀80年代已有雛形，其學名為「快速成型」。20世紀80年代中期，SLS被在美國德克薩斯州大學奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發出來並獲得專利，項目由DARPA贊助的。

到20世紀80年代後期，美國科學家發明了一種可列印出三維效果的印表機，並已將其成功推向市場，3D列印技術發展成熟並被廣泛應用。普通印表機能列印一些報告等平面紙張資料。而這種最新發明的印表機，它不僅使立體物品的造價降低，且激發了人們的想像力。未來3D印表機的應用將會更加廣泛。

1995年，麻省理工創造了「三維列印」一詞，當時的畢業生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨印表機方案，變為把約束溶劑擠壓到粉末狀的解決方案，而不是把墨水擠壓在紙張上的方案。2003年以來三維印表機的銷售逐漸擴大。

由於3D印表機成本很高，未經過授信人員在使用3D印表機時很容易造成設備損壞，因此需要對3D印表機的使用引入授信機制，然而，現有技術中並不存在這樣的方案。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種3D印表機使用的拍攝裝置，改造3D印表機，通過高精度的人臉識別技術和高帶寬的網絡通訊技術在3D印表機內形成識別速度快、識別精度高的人員識別授信機制，從而保障3D印表機的使用安全性。

根據本發明的一方面，提供了一種3D印表機使用的拍攝裝置，所述裝置包括高清攝像頭、3D印表機主體和飛思卡爾MC9S12晶片，飛思卡爾MC9S12晶片與3D印表機主體連接，高清攝像頭與3D印表機主體連接，用於輸出場景到3D印表機主體以便於3D印表機主體的3D圖像列印。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中，包括：高清攝像頭，設置在3D印表機前端，用於對3D印表機前方的用戶進行圖像採集以輸出高清圖像；高清攝像頭還與3D印表機主體連接，用於輸出場景到3D印表機主體以便於3D印表機主體的3D圖像列印；3D印表機主體，用於基於高清攝像頭輸出的場景進行相應的3D圖像列印；飛思卡爾MC9S12晶片，分別與特徵向量比較子設備和3D印表機主體連接，用於在接收到人臉識別成功信號時發出允許3D列印信號，還用於在接收到人臉識別失敗信號時發出禁止3D列印信號；面部圖像檢測設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清圖像，並從高清圖像處識別並分割出面部圖像；人眼位置檢測設備，與面部圖像檢測設備，用於接收面部圖像，並基於面部圖像檢測臉部圖像中是否存在左眼輪廓和右眼輪廓，當存在左眼輪廓且存在右眼輪廓時，發出面部檢測成功信號，當不存在左眼輪廓或不存在右眼輪廓時，發出面部檢測失敗信號；特徵提取設備，分別與人眼位置檢測設備和IP解包設備連接，當接收到面部檢測成功信號時，從省電模式進入工作模式，對接收到的面部圖像進行處理，當接收到面部檢測失敗信號時，進入省電模式；特徵提取設備包括波動閾值選擇子設備、像素處理子設備、矩陣拆分子設備、十進位轉換子設備、特徵向量獲取子設備和特徵向量比較子設備；波動閾值選擇子設備與人眼位置檢測設備連接，用於計算面部圖像的複雜度，基於面部圖像的複雜度選擇波動閾值大小，面部圖像的複雜度越高，選擇的波動閾值越大，波動閾值為正數；像素處理子設備分別與波動閾值選擇子設備和人眼位置檢測設備連接，用於接收面部圖像，針對面部圖像的每一個像素作為對象像素執行以下處理：以對象像素為中心像素，在面部圖像中獲取3×3大小的對象像素矩陣，將對象像素矩陣內除了對象像素之外的每一個像素作為參考像素與對象像素進行比較，以獲得二值化矩陣，二值化矩陣為3×3大小，二值化矩陣由8個二值化像素組成，參考像素大於等於對象像素與波動閾值之和，則參考像素對應的二值化像素的像素值為1，參考像素小於對象像素減去波動閾值後的差值，則參考像素對應的二值化像素的像素值為﹣1，其他取值的參考像素對應的二值化像素的像素值為0；矩陣拆分子設備與像素處理子設備連接，用於將每一個對象像素對應的二值化矩陣轉換成一個正二值化矩陣和一個負二值化矩陣，正二值化矩陣由8個二值化像素值組成，負二值化矩陣也由8個二值化像素值組成，正二值化矩陣的每一個二值化像素值減去負二值化矩陣相應位置的二值化像素值能夠得到對應二值化矩陣相應位置的二值化像素的像素值；十進位轉換子設備與矩陣拆分子設備連接，用於將每一個對象像素對應的正二值化矩陣的所有二值化像素值按其在正二值化矩陣中的位置以先左後右再先上後下的順序組成一個二進位數作為目標正二進位數，再將目標正二進位數轉化成十進位數以作為目標正十進位數，還用於將每一個對象像素對應的負二值化矩陣的所有二值化像素值按其在負二值化矩陣中的位置以先左後右再先上後下的順序組成一個二進位數作為目標負二進位數，再將目標負二進位數轉化成十進位數以作為目標負十進位數；特徵向量獲取子設備分別與人眼位置檢測設備和十進位轉換子設備連接，用於將面部圖像中每一個對象像素的像素值替換成該對象像素對應的正目標十進位數並按照對象像素在面部圖像中的位置將所有對象像素對應的正目標十進位數組成正一維特徵向量，作為正目標特徵向量輸出，還用於將面部圖像中每一個對象像素的像素值替換成該對象像素對應的負目標十進位數並按照對象像素在面部圖像中的位置將所有對象像素對應的負目標十進位數組成負一維特徵向量，作為負目標特徵向量輸出；特徵向量比較子設備分別與特徵向量獲取子設備和IP解包設備連接，用於將正目標特徵向量分別與各個基準正特徵向量進行匹配，將負目標特徵向量分別與各個基準負特徵向量進行匹配，二者都匹配成功且匹配到的基準正特徵向量對應的授權用戶名稱與匹配到的基準負特徵向量對應的授權用戶名稱相同時，則輸出人臉識別成功信號以及與匹配到的基準正特徵向量對應的授權用戶名稱，否則將輸出人臉識別失敗信號；IP解包設備，用於與遠程的數據伺服器網絡連接，通過網絡接收來自數據伺服器處的IP數據包，並對IP數據包解包以獲得6LowPAN數據包；其中，IP數據包是對6LowPAN數據包進行打IP包後而獲得的數據包，6LowPAN數據包中的負載包括數據伺服器處的各個基準正特徵向量和各個基準負特徵向量，6LowPAN數據包中的頭部是壓縮數據，解壓後的6LowPAN數據包中的頭部用於對6LowPAN數據包中的負載進行解析；其中，每一個基準正特徵向量為對相應授權用戶基準面部圖像預先進行與特徵提取設備相同操作的正特徵向量提取而獲得的向量，每一個基準負特徵向量為對相應授權用戶基準面部圖像預先進行與特徵提取設備相同操作的負特徵向量提取而獲得的向量；邊緣傳感設備，與IP解包設備連接，用於接收IP解包設備輸出的6LowPAN數據包，獲得呈現為壓縮數據的6LowPAN數據包的頭部，對6LowPAN數據包的頭部解壓以獲得解壓後的6LowPAN數據包中的頭部；6LowPAN解包設備，與邊緣傳感設備連接，用於接收6LowPAN數據包以獲取6LowPAN數據包中的負載，並基於解壓後的6LowPAN數據包中的頭部對6LowPAN數據包中的負載進行解析，以獲得各個基準正特徵向量和各個基準負特徵向量；其中，3D印表機主體在接收到允許3D列印信號時從省電模式進入工作模式，還在接收到禁止3D列印信號時從工作模式進入省電模式。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中，還包括：無線通信接口，與高清攝像頭連接，用於無線發送高清攝像頭輸出的圖像內容。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中：無線通信接口包括壓縮編碼器件，用於對高清攝像頭輸出的圖像內容進行MPEG-4標準壓縮以獲得壓縮圖像。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中：無線通信接口包括多指標編碼器件，與壓縮編碼器件連接，用於對壓縮圖像進行多指標編碼以獲得信道編碼數據。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中：無線通信接口包括頻分雙工通信設備。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中：無線通信接口包括時分雙工通信設備。

更具體地，在所述3D印表機使用的拍攝裝置中：無線通信接口包括GPRS接收器、GPRS發送器和AT89C51單片機，AT89C51單片機分別與GPRS接收器和GPRS發送器連接。

附圖說明

以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中：

圖1為根據本發明實施方案示出的3D印表機使用的拍攝裝置的結構方框圖。

附圖標記：1高清攝像頭；2 3D印表機主體；3飛思卡爾MC9S12晶片

具體實施方式

下面將參照附圖對本發明的3D印表機使用的拍攝裝置的實施方案進行詳細說明。

3D印表機是當前越來越普及使用的電子產品，其造價昂貴，使用人員在使用時需要特別小心，未經培訓的人員使用容易造成產品設備損壞，因此，需要對3D印表機的使用者進行授信操作。當前並不存在這樣的技術方案。

為了克服上述不足，本發明搭建了一種3D印表機使用的拍攝裝置，在3D印表機中引入了高效率的人員授信設備，從而解決了上述技術問題。

圖1為根據本發明實施方案示出的3D印表機使用的拍攝裝置的結構方框圖，所述裝置包括高清攝像頭、3D印表機主體和飛思卡爾MC9S12晶片，飛思卡爾MC9S12晶片與3D印表機主體連接，高清攝像頭與3D印表機主體連接，用於輸出場景到3D印表機主體以便於3D印表機主體的3D圖像列印。

接著，繼續對本發明的3D印表機使用的拍攝裝置的具體結構進行進一步的說明。

所述裝置包括：高清攝像頭，設置在3D印表機前端，用於對3D印表機前方的用戶進行圖像採集以輸出高清圖像；高清攝像頭還與3D印表機主體連接，用於輸出場景到3D印表機主體以便於3D印表機主體的3D圖像列印。

所述裝置包括：3D印表機主體，用於基於高清攝像頭輸出的場景進行相應的3D圖像列印；飛思卡爾MC9S12晶片，分別與特徵向量比較子設備和3D印表機主體連接，用於在接收到人臉識別成功信號時發出允許3D列印信號，還用於在接收到人臉識別失敗信號時發出禁止3D列印信號。

所述裝置包括：面部圖像檢測設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清圖像，並從高清圖像處識別並分割出面部圖像；人眼位置檢測設備，與面部圖像檢測設備，用於接收面部圖像，並基於面部圖像檢測臉部圖像中是否存在左眼輪廓和右眼輪廓，當存在左眼輪廓且存在右眼輪廓時，發出面部檢測成功信號，當不存在左眼輪廓或不存在右眼輪廓時，發出面部檢測失敗信號。

所述裝置包括：特徵提取設備，分別與人眼位置檢測設備和IP解包設備連接，當接收到面部檢測成功信號時，從省電模式進入工作模式，對接收到的面部圖像進行處理，當接收到面部檢測失敗信號時，進入省電模式；特徵提取設備包括波動閾值選擇子設備、像素處理子設備、矩陣拆分子設備、十進位轉換子設備、特徵向量獲取子設備和特徵向量比較子設備；波動閾值選擇子設備與人眼位置檢測設備連接，用於計算面部圖像的複雜度，基於面部圖像的複雜度選擇波動閾值大小，面部圖像的複雜度越高，選擇的波動閾值越大，波動閾值為正數；像素處理子設備分別與波動閾值選擇子設備和人眼位置檢測設備連接，用於接收面部圖像，針對面部圖像的每一個像素作為對象像素執行以下處理：以對象像素為中心像素，在面部圖像中獲取3×3大小的對象像素矩陣，將對象像素矩陣內除了對象像素之外的每一個像素作為參考像素與對象像素進行比較，以獲得二值化矩陣，二值化矩陣為3×3大小，二值化矩陣由8個二值化像素組成，參考像素大於等於對象像素與波動閾值之和，則參考像素對應的二值化像素的像素值為1，參考像素小於對象像素減去波動閾值後的差值，則參考像素對應的二值化像素的像素值為﹣1，其他取值的參考像素對應的二值化像素的像素值為0；矩陣拆分子設備與像素處理子設備連接，用於將每一個對象像素對應的二值化矩陣轉換成一個正二值化矩陣和一個負二值化矩陣，正二值化矩陣由8個二值化像素值組成，負二值化矩陣也由8個二值化像素值組成，正二值化矩陣的每一個二值化像素值減去負二值化矩陣相應位置的二值化像素值能夠得到對應二值化矩陣相應位置的二值化像素的像素值；十進位轉換子設備與矩陣拆分子設備連接，用於將每一個對象像素對應的正二值化矩陣的所有二值化像素值按其在正二值化矩陣中的位置以先左後右再先上後下的順序組成一個二進位數作為目標正二進位數，再將目標正二進位數轉化成十進位數以作為目標正十進位數，還用於將每一個對象像素對應的負二值化矩陣的所有二值化像素值按其在負二值化矩陣中的位置以先左後右再先上後下的順序組成一個二進位數作為目標負二進位數，再將目標負二進位數轉化成十進位數以作為目標負十進位數；特徵向量獲取子設備分別與人眼位置檢測設備和十進位轉換子設備連接，用於將面部圖像中每一個對象像素的像素值替換成該對象像素對應的正目標十進位數並按照對象像素在面部圖像中的位置將所有對象像素對應的正目標十進位數組成正一維特徵向量，作為正目標特徵向量輸出，還用於將面部圖像中每一個對象像素的像素值替換成該對象像素對應的負目標十進位數並按照對象像素在面部圖像中的位置將所有對象像素對應的負目標十進位數組成負一維特徵向量，作為負目標特徵向量輸出；特徵向量比較子設備分別與特徵向量獲取子設備和IP解包設備連接，用於將正目標特徵向量分別與各個基準正特徵向量進行匹配，將負目標特徵向量分別與各個基準負特徵向量進行匹配，二者都匹配成功且匹配到的基準正特徵向量對應的授權用戶名稱與匹配到的基準負特徵向量對應的授權用戶名稱相同時，則輸出人臉識別成功信號以及與匹配到的基準正特徵向量對應的授權用戶名稱，否則將輸出人臉識別失敗信號。

所述裝置包括：IP解包設備，用於與遠程的數據伺服器網絡連接，通過網絡接收來自數據伺服器處的IP數據包，並對IP數據包解包以獲得6LowPAN數據包；其中，IP數據包是對6LowPAN數據包進行打IP包後而獲得的數據包，6LowPAN數據包中的負載包括數據伺服器處的各個基準正特徵向量和各個基準負特徵向量，6LowPAN數據包中的頭部是壓縮數據，解壓後的6LowPAN數據包中的頭部用於對6LowPAN數據包中的負載進行解析；其中，每一個基準正特徵向量為對相應授權用戶基準面部圖像預先進行與特徵提取設備相同操作的正特徵向量提取而獲得的向量，每一個基準負特徵向量為對相應授權用戶基準面部圖像預先進行與特徵提取設備相同操作的負特徵向量提取而獲得的向量。

所述裝置包括：邊緣傳感設備，與IP解包設備連接，用於接收IP解包設備輸出的6LowPAN數據包，獲得呈現為壓縮數據的6LowPAN數據包的頭部，對6LowPAN數據包的頭部解壓以獲得解壓後的6LowPAN數據包中的頭部。

所述裝置包括：6LowPAN解包設備，與邊緣傳感設備連接，用於接收6LowPAN數據包以獲取6LowPAN數據包中的負載，並基於解壓後的6LowPAN數據包中的頭部對6LowPAN數據包中的負載進行解析，以獲得各個基準正特徵向量和各個基準負特徵向量。

其中，3D印表機主體在接收到允許3D列印信號時從省電模式進入工作模式，還在接收到禁止3D列印信號時從工作模式進入省電模式。

可選地，在所述控制平臺中：無線通信接口，與高清攝像頭連接，用於無線發送高清攝像頭輸出的圖像內容；無線通信接口包括壓縮編碼器件，用於對高清攝像頭輸出的圖像內容進行MPEG-4標準壓縮以獲得壓縮圖像；無線通信接口包括多指標編碼器件，與壓縮編碼器件連接，用於對壓縮圖像進行多指標編碼以獲得信道編碼數據；無線通信接口包括頻分雙工通信設備；無線通信接口包括時分雙工通信設備；以及無線通信接口包括GPRS接收器、GPRS發送器和AT89C51單片機，AT89C51單片機分別與GPRS接收器和GPRS發送器連接。

另外，4G LTE是一個全球通用的標準，包括兩種網絡模式FDD和TDD，分別用於成對頻譜和非成對頻譜。運營商最初在兩個模式之間的取捨純粹出於對頻譜可用性的考慮。大多運營商將會同時部署兩種網絡，以便充分利用其擁有的所有頻譜資源。FDD和TDD在技術上區別其實很小，主要區別就在於採用不同的雙工方式，頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)是兩種不同的雙工方式。

FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，用保護頻段來分離接收和發送信道。FDD必須採用成對的頻率，依靠頻率來區分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續的。FDD在支持對稱業務時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業務時，頻譜利用率將大大降低。

TDD用時間來分離接收和發送信道。在TDD方式的移動通信系統中,接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載,其單方向的資源在時間上是不連續的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發送信號給基站，基站和移動臺之間必須協同一致才能順利工作。

採用本發明的3D印表機使用的拍攝裝置，針對現有技術中3D印表機容易被損壞的技術問題，通過在3D印表機中加入授信機制，允許經過授權的人員使用，拒絕未經過授權的人員使用，從而保障電子設備的安全運行，避免相關部門的經濟利益受到損失。

可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以限定本發明。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。