激光位圖打標(biāo)圖像的制作與實(shí)現(xiàn)＊

曹雪璐，徐少杰，羅銘杰

激光位圖打標(biāo)圖像的制作與實(shí)現(xiàn)＊

曹雪璐，徐少杰，羅銘杰

（華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院工程訓(xùn)練中心，廣東 廣州 510641）

激光打標(biāo)可以在材料的表面刻出非常精細(xì)的永久性標(biāo)記。在激光加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，采用Photoshop軟件處理圖片使其適合激光打標(biāo)。探討了一種Photoshop圖像處理方法，將彩色圖片處理成適合激光打標(biāo)的純黑純白圖片，激光打標(biāo)出的效果較好，生動逼真。

激光打標(biāo)；圖片處理；Photoshop軟件；激光加工實(shí)訓(xùn)

1 引言

激光打標(biāo)是利用激光與物質(zhì)相互作用的特殊效應(yīng)，在材料表面加工出所設(shè)計的字符、圖案，對于不同的材料、不同的工藝參數(shù)，激光的作用效應(yīng)也不盡相同。激光打標(biāo)機(jī)用到的效應(yīng)為“汽化效應(yīng)”，即當(dāng)帶有高能量的激光束照射到材料表面，除去被反射的部分光，激光中的高能量會被材料吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽共牧媳砻娴臏囟仍诙虝r間內(nèi)上升，若達(dá)到材料的汽化溫度時，材料表面會因瞬時汽化、蒸發(fā)而出現(xiàn)標(biāo)記痕跡，利用這種效應(yīng)的打標(biāo)將出現(xiàn)明顯的蒸發(fā)物[1-5]。

在華南理工大學(xué)激光加工實(shí)訓(xùn)項目中，采用的材料為表面涂漆的金屬名片，規(guī)格是86 mm×54 mm。加工時，名片表面的漆因吸收了激光的能量而汽化、蒸發(fā)，露出金屬名片原有的銀白色，由于材料屬性的限制，標(biāo)刻出來的圖案將只有兩種顏色，因此，在設(shè)計圖案的時候也需做成只有兩種顏色的效果，否則無法加工。本次題目主要目標(biāo)是對已有的彩色圖片進(jìn)行處理，在保持圖片形象生動的同時，將其處理成符合加工要求的效果。

2 圖像處理要求

該實(shí)訓(xùn)項目使用的激光打標(biāo)機(jī)所對應(yīng)的操作軟件為EzCad2.0，該軟件會識別圖像中黑色（或灰度高于設(shè)定值）的像素，并在工作臺的相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)刻，其余白色（或灰度低于設(shè)定值）的像素則不進(jìn)行標(biāo)刻，因此，最符合加工條件的圖像應(yīng)是純黑白的圖像（即圖像中只有黑和白兩種像素），而非日常生活中常見的黑白照片（圖像中除了黑和白之外，還有灰色）。

3 主要研究過程

3.1 圖像處理思路

處理好的圖像應(yīng)只保留黑和白兩種像素，但要使圖像形象生動，深淺不一的灰色是不可或缺的，為了解決這個矛盾，用均勻分布但密度不等的黑色像素（背景為白色）代替深淺不等的灰色，效果對比如圖1所示。

圖1 不同處理效果對比

使用的軟件為Adobe Photoshop CS6。

3.2 圖像處理關(guān)鍵步驟及重要參數(shù)

將需要處理的彩色原圖裁剪、縮放成80 mm×50 mm。先把彩色原圖裁剪成8∶5的比例，然后縮放成對應(yīng)尺寸，這樣可以避免圖像的長寬比失真。在縮放前需要將圖像的分辨率設(shè)置成200～400像素/英寸。分辨率過低不僅會導(dǎo)致縮放后的圖像清晰度偏低，還會導(dǎo)致標(biāo)刻不充分，如本應(yīng)露出銀白色的部分被標(biāo)刻成暗灰色，甚至被標(biāo)刻成由銀白色小點(diǎn)組成的點(diǎn)陣。分辨率過高則會出現(xiàn)卡片因溫度過高而變得不平整、標(biāo)刻偏深等情況。

利用Photoshop自帶的濾鏡“高反差保留”對圖像做第一步處理，這一步主要是將圖像中顏色、明暗反差較大的部分之間的交界處保留下來，為下一步處理做準(zhǔn)備、鋪墊。如圖像中有一個人和一把雨傘，那么雨傘的輪廓線、傘骨的紋路和人的輪廓線以及面部、服裝等有明顯線條的地方會變被保留，而其他大面積無明顯明暗變化的地方則生成中灰色。這一步設(shè)置的數(shù)值應(yīng)在2～20像素這個范圍內(nèi)較為適宜（部分特殊圖像除外，如單一顏色的字符），設(shè)置的數(shù)值為識別顏色、明暗反差的區(qū)域?qū)?yīng)的半徑，半徑越小，處理后保留的線條越密集、越細(xì)，圖像能表達(dá)的細(xì)節(jié)越多，但數(shù)值過小則會出現(xiàn)許多不必要的線條，如人臉上細(xì)小的皺紋；半徑越大，處理后保留的線條越稀疏、越粗，圖像整體會較為簡潔，但數(shù)值過大則會導(dǎo)致圖像缺乏細(xì)節(jié)，無法形象生動地反映實(shí)物。

利用Photoshop圖像調(diào)整功能中的“閾值”功能，對圖像做第二部處理，這一步會將圖像轉(zhuǎn)換成純黑白圖像。實(shí)際上就是設(shè)定一個轉(zhuǎn)換臨界點(diǎn)，圖像中色階高于設(shè)定值的像素會轉(zhuǎn)換成白色，低于設(shè)定值的像素則會轉(zhuǎn)換成黑色。

設(shè)置的臨界色階越高，圖像整體的黑色部分會越多；設(shè)置的臨界色階越低，圖像整體的黑色部分則越少。參數(shù)設(shè)置界面及效果預(yù)覽如圖2所示。

（a）高反差保留（b）設(shè)定閾值

（c）無高反差保留，直接設(shè)定閾值

圖2 參數(shù)設(shè)置界面及效果預(yù)覽

4 實(shí)際打標(biāo)效果及對比

4.1 動漫圖像

由于是計算機(jī)制作的圖像，所以圖像中的顏色變化和輪廓線會比較明顯，處理后的圖像會較為貼近原圖，打出來的效果也很好。動漫圖像處理及實(shí)際打標(biāo)效果如圖3所示。

4.2 自然風(fēng)景圖像

由于是根據(jù)實(shí)物拍攝的照片，包含的細(xì)節(jié)較多，處理圖像的時候往往需要局部處理，如天空的線條應(yīng)比較稀疏、整體應(yīng)偏白。自然風(fēng)景圖像處理及實(shí)際打標(biāo)效果如圖4所示。

（a）原圖 （b）處理效果圖 （c）實(shí)際打標(biāo)圖

（a）原圖 （b）處理效果圖 （c）實(shí)際打標(biāo)圖

4.3 真人圖像

情況和自然風(fēng)景類似，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行局部處理，如為了表現(xiàn)衣服的層次性，需要保留較多的衣服褶皺；人的皮膚不需要保留太多的線條，應(yīng)單獨(dú)設(shè)定另一個高反差保留的數(shù)值。人物圖像處理及實(shí)際打標(biāo)效果如圖5所示。

（a）原圖 （b）處理效果圖 （c）實(shí)際打標(biāo)圖

5 結(jié)論

在處理圖像的時候，很難達(dá)到最好的效果，大多數(shù)情況只能通過多次調(diào)試，達(dá)到一個比較令人滿意的效果，有可能下一次嘗試還會達(dá)到一個更好的效果。本次在處理圖像時使用的方法不能說是最完美的方法，但起碼是一個性價比較高的方法，通過簡單的幾個步驟即可做出一個還不錯的效果，不需要很多的技巧和操作，非常適合在工程訓(xùn)練中第一次接觸激光打標(biāo)的同學(xué)。當(dāng)然，利用Photoshop軟件的其他功能，可以把圖像處理得更好，如利用鋼筆工具把更多的局部區(qū)域摳出來用不同的參數(shù)處理。

［1］謝冀江，郭勁.激光加工技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

［2］劉順洪.激光制造技術(shù)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

［3］王中林.激光加工設(shè)備與工藝［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011

［4］馮巧波，尹鐵路，沈坤金，等.激光加工在工程實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（4）：206-208.

［5］趙鐵，朱虹，周琴.激光加工綜合實(shí)訓(xùn)的探索與實(shí)踐［J］.價值工程，2017（5）：208-211.

TG665

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.041

2095－6835（2020）13－0104－02

2019年華南理工大學(xué)本科教研教改項目青年專項（編號：x2jq－Y1190341）；華南理工大學(xué)高等教育研究基金重點(diǎn)項目（編號：gj2019006）

曹雪璐（1987—），女，山東德州人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事本科生工程訓(xùn)練激光加工教學(xué)及表面改性等方面的研究。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕