DLP面曝光3D打印机模型数据矫正

1. 概述

在使用DLP作为光源进行面曝光的3D打印系统中，我们经常会遇到投影机或者光机投射出来的光，发生变形，模糊的情况。这些情况容易导致如下一些问题:

• 打印模型表面有像素纹路，不够光滑
• 模型局部曝光分布不均匀，厚薄不一,在打印十分精细的零部件时尤为明显
• 光源发生梯形形变，导致数据会有偏差
• 镜头的折射而发生的物理偏差，导致单层发生桶形失真或者枕形失真

上述问题，在对打印模型精度要求不高时，暴露不明显，一旦打印模型要面向工业生产环境，这些问题就十分致命。本文给出了针对上述四个问题，目前比较通用的解决思路。

2. 像素纹

像素纹是由于投影分辨率的限制而导致的。通常，每个像素之间的距离为50~100um，这个距离是光源的初始的分辨率值，也是最小单元。这个最小单元之间的距离，会在模型成型后，在模型的表面形成一个个纹路，十分明显。目前工业界对这个问题，有如下几种解决的思路，在这里记录一下：

1. XY方向上，增加像素精度

通常，我们的曝光情况是如下的:

如何对现有的像素，进行进一步的分割呢？答案是移动投影，每次在XY方向，移动半个像素的距离。可以得到如下的效果:

通过移动整个曝光的位置，从而增添了模型边缘的像素分辨率，达到更加平滑的效果。

2. 对边缘引入抗锯齿模型

抗锯齿在很多领域都十分普遍，这里，我们将他用在3D打印机技术中，用以改善模型的表面光滑程度。对每个模型的边缘，我们可以单独提取出来，有了边缘后，单独对边缘曝光层，根据树脂的成型标准，进行抗锯齿处理。

对数据提取边缘：

提取边缘后，对边缘单独做抗锯齿处理:

3. 梯形形变

由于光源与投射面之间并不是完全平行的关系，这样就导致了梯形形变。梯形形变用手动来调，误差是非常大的，随便一下就差了零点几个毫米以上，因此，需要靠软件根据外部的测量结果，来进行矫正。

基本的实现思路如上图。

4. 光源不均匀

采用将一层模型分成40个区域，测取每个区域的光强值，根据整体的值来调整局部的每个值。

5. 鱼眼失真

投影的镜头，如果不是非常好的投影，很容易发生鱼眼失真，如下所示:

这里不能使用OpenCV提供的相机矫正库，原因是这个库要输入原始的校准黑背格图片，来获得原始输入的数据，而在3D打印机系统中，原始的数据是一个三维的立体模型，无法进行相机标定参数的确定。所以要结合打印测试的模型，来重新设计算法，实现消除鱼眼失真的方法。