[发明专利]一种基于MATLAB的激光标记阴影的自动生成方法

权利要求书

1.一种基于MATLAB的激光标记阴影的自动生成方法，包括以下步骤：

步骤1：图形边缘数据的提取与插值处理；具体包括利用MATLAB自带的Incontour或Edge函数，获取给定图形的轮廓边界坐标集，通过interp函数对边界坐标线性插值，将各个点之间的水平和垂直距离控制在偏移间距的1/4以内；

步骤2：多边形等距偏移；具体包括：首先，根据轮廓边界坐标数据集求解目标轮廓的曲线方程；目标轮廓曲线实质上并不是光滑曲线，而是由多条直线首尾相连构成的多边形；在笛卡尔坐标系下，以一个简单的多边形为例，设多边形上任意两相邻点的坐标为A(XA,YA)，B(XB,YB)，直线AB的斜率k可以表示成：

设直线AB的方程为：y＝kx+b，将点A或点B的坐标带入直线方程，得到：

因此，任意一条直线的方程可以表示为：

假设内轮廓上两点坐标为P₁和P₂，则P₁P₂线段就是我们需要生成的等距内轮廓线段；与直线AB相比，P₁P₂在Y轴上产生一个增量δb，P₁P₂方程为：

其中，d的符号由斜率k和x轴增量决定；把δb带回方程，P₁P₂方程变成:

同理，对于另一条相邻的内轮廓线段P₂P₃，其与P₁P₂的交点为：

联立上述两方程得到交点坐标，连接所有交点即可得到下一阶等距偏移轮廓

步骤3：建立等高线阴影填充模型；具体包括：在多边形等距偏移算法的基础上，建立等高线阴影填充模型；

单连通图形的等高线填充只需要多次重复多边形等距偏移过程，直到空白区域完全被覆盖，对于多连通图形，则可以视为多个单连通图形的交集区；

设最外层图形为第一层，向内依次为第二、第三层，其中奇数层的图形向内偏移，偶数层图形向外偏移；

当AB两个单连通图形的阴影出现重叠时：

首先，利用inpolygon函数判断同层轮廓的两条闭合阴影曲线之间的重叠部分；

其次，取重叠线段的起点和终点，按照最小距离原则配对后重新连接，去除两点之间的重叠曲线；

之后，在复合图形的基础上做等距偏移，偏移的过程中如果图形断裂为两个或两个以上的子图形，则会在下一步分别独立进行等距偏移，不会产生相互影响，直到空白区域被完全覆盖；

最后，设定阈值为偏移间距的1/3倍，检测长度超过阈值的曲线，即误连线段，并删除，最终形成完整平滑的等距等高线填充阴影

步骤4：建立等距平行线阴影填充模型；具体包括首先，根据平行线间距要求对原始坐标集进行插值，将水平和垂直分辨率保持在平行线间距的1/4以上；

然后利用等高线阴影填充模型实现外围曲线的一阶等距偏移，最后在一阶子轮廓的基础上生成“之”字平行线阴影；

与等高线阴影填充方案不同，多连通图形的平行线阴影填充算法也适用于单连通域图形：以x方向为平行线所指方向，y方向为垂直平行线方向；利用max函数和min函数分别求图形在y方向的上边界Y_max和下边界Y_min，此时对图形边界进行适当扩充，指定Y_max+0.2*(Y_max-Y_min)为图形顶边界，Y_min-0.2*(Y_max-Y_min)为图形底边界，根据用户指定的平行线间隔，在顶底边界之间绘制等间距的平行线与子轮廓相交，并得到交点集I_inter；

然后利用Inpolygon函数判断和去掉奇数层轮廓以外、偶数层轮廓以内的线段；剩余线段中的点存储在点集I_seg中，存储时按照“之字形”的走向顺序依次排列，即奇数行从左到右排列，偶数行从右到左排列；

得到点集I，J之后，循环寻找点集J中存在y方向位移的所有相邻点，组成跳跃点集I_jump，点集I_jump所有相邻跳跃点之间的外轮廓点构成点集I_boundary；

“之字形”阴影的特点是在奇数行连接保留左边界，去掉右边界，在偶数行保留右边界，去掉左边界；

按此规律，首先将I_boundary中的所有点进行归类，构成同一条边的全部点归为一类；对每一类点进行单调性检验，将开头两点的纵坐标之差与末尾两点的纵坐标之差相乘，若为负数，则去掉该类所有点，得到优化后的点集I_boundary-1；

然后，依次对I_boundary-1中的各个点类进行循环判断，若该类点属于奇数行的右边界或偶数行的左边界，则将该类的所有点其从I_boundary-1中移除；

最后，将剩下的每一类点连接起来，就得到“之”字形阴影；

步骤5：基于MATLAB开源编程语言进行包装实现；具体包括：将两种填充模型通过MATLAB进行包装实现，图形外轮廓数据通过指定文件输入，两种填充模型为等高线阴影填充模型和等距平行线阴影填充模型，能够兼容表格、文本文档、mat文件、数据流文件，还可以直接读取图片文件并转化为灰度值矩阵。