激光位圖打標圖像的制作與實現＊

曹雪璐，徐少杰，羅銘杰

激光位圖打標圖像的制作與實現＊

曹雪璐，徐少杰，羅銘杰

（華南理工大學 機械與汽車工程學院工程訓練中心，廣東 廣州 510641）

激光打標可以在材料的表面刻出非常精細的永久性標記。在激光加工實訓教學中，采用Photoshop軟件處理圖片使其適合激光打標。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的純黑純白圖片，激光打標出的效果較好，生動逼真。

激光打標；圖片處理；Photoshop軟件；激光加工實訓

1 引言

激光打標是利用激光與物質相互作用的特殊效應，在材料表面加工出所設計的字符、圖案，對于不同的材料、不同的工藝參數，激光的作用效應也不盡相同。激光打標機用到的效應為“汽化效應”，即當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變為熱能，使材料表面的溫度在短時間內上升，若達到材料的汽化溫度時，材料表面會因瞬時汽化、蒸發而出現標記痕跡，利用這種效應的打標將出現明顯的蒸發物[1-5]。

在華南理工大學激光加工實訓項目中，采用的材料為表面涂漆的金屬名片，規格是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，露出金屬名片原有的銀白色，由于材料屬性的限制，標刻出來的圖案將只有兩種顏色，因此，在設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。本次題目主要目標是對已有的彩色圖片進行處理，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

該實訓項目使用的激光打標機所對應的操作軟件為EzCad2.0，該軟件會識別圖像中黑色（或灰度高于設定值）的像素，并在工作臺的相應坐標進行標刻，其余白色（或灰度低于設定值）的像素則不進行標刻，因此，最符合加工條件的圖像應是純黑白的圖像（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 圖像處理關鍵步驟及重要參數

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置成200～400像素/英寸。分辨率過低不僅會導致縮放后的圖像清晰度偏低，還會導致標刻不充分，如本應露出銀白色的部分被標刻成暗灰色，甚至被標刻成由銀白色小點組成的點陣。分辨率過高則會出現卡片因溫度過高而變得不平整、標刻偏深等情況。

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。這一步設置的數值應在2～20像素這個范圍內較為適宜（部分特殊圖像除外，如單一顏色的字符），設置的數值為識別顏色、明暗反差的區域對應的半徑，半徑越小，處理后保留的線條越密集、越細，圖像能表達的細節越多，但數值過小則會出現許多不必要的線條，如人臉上細小的皺紋；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，但數值過大則會導致圖像缺乏細節，無法形象生動地反映實物。

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

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

（a）高反差保留（b）設定閾值

（c）無高反差保留，直接設定閾值

圖2 參數設置界面及效果預覽

4 實際打標效果及對比

4.1 動漫圖像

由于是計算機制作的圖像，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。動漫圖像處理及實際打標效果如圖3所示。

4.2 自然風景圖像

由于是根據實物拍攝的照片，包含的細節較多，處理圖像的時候往往需要局部處理，如天空的線條應比較稀疏、整體應偏白。自然風景圖像處理及實際打標效果如圖4所示。

（a）原圖 （b）處理效果圖 （c）實際打標圖

（a）原圖 （b）處理效果圖 （c）實際打標圖

4.3 真人圖像

情況和自然風景類似，需要根據實際情況進行局部處理，如為了表現衣服的層次性，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，應單獨設定另一個高反差保留的數值。人物圖像處理及實際打標效果如圖5所示。

（a）原圖 （b）處理效果圖 （c）實際打標圖

5 結論

在處理圖像的時候，很難達到最好的效果，大多數情況只能通過多次調試，達到一個比較令人滿意的效果，有可能下一次嘗試還會達到一個更好的效果。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，非常適合在工程訓練中第一次接觸激光打標的同學。當然，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域摳出來用不同的參數處理。

［1］謝冀江，郭勁.激光加工技術及其應用［M］.北京：科學出版社，2012.

［2］劉順洪.激光制造技術［M］.武漢：華中科技大學出版社，2011.

［3］王中林.激光加工設備與工藝［M］.武漢：華中科技大學出版社，2011

［4］馮巧波，尹鐵路，沈坤金，等.激光加工在工程實訓中的應用［J］.實驗室研究與探索，2015，34（4）：206-208.

［5］趙鐵，朱虹，周琴.激光加工綜合實訓的探索與實踐［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年華南理工大學本科教研教改項目青年專項（編號：x2jq－Y1190341）；華南理工大學高等教育研究基金重點項目（編號：gj2019006）

曹雪璐（1987—），女，山東德州人，碩士，實驗師，主要從事本科生工程訓練激光加工教學及表面改性等方面的研究。

〔編輯：嚴麗琴〕