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news 2025/10/13 0:32:50

网站租服务器,建设银行手机银行app类型,温州平阳县营销型网站建设,重庆住房和城乡建设厅官方网站基于OpenCV灰度图像转GCode的单向扫描实现引言单向扫描存在的问题灰度图像单向扫描代码示例结论系列文章 ⭐深入理解G0和G1指令：C中的实现与激光雕刻应用⭐基于二值化图像转GCode的单向扫描实现⭐基于二值化图像转GCode的双向扫描实现⭐基于二值化图像转GCode的…

基于OpenCV灰度图像转GCode的单向扫描实现
- 引言
- 单向扫描存在的问题
- 灰度图像单向扫描代码示例
- 结论

系列文章

⭐深入理解G0和G1指令：C++中的实现与激光雕刻应用
⭐基于二值化图像转GCode的单向扫描实现
⭐基于二值化图像转GCode的双向扫描实现
⭐基于二值化图像转GCode的斜向扫描实现
⭐基于二值化图像转GCode的螺旋扫描实现
⭐基于OpenCV灰度图像转GCode的单向扫描实现
⭐基于OpenCV灰度图像转GCode的双向扫描实现
⭐基于OpenCV灰度图像转GCode的斜向扫描实现
⭐基于OpenCV灰度图像转GCode的螺旋扫描实现

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基于OpenCV灰度图像转GCode的单向扫描实现

本文将介绍如何使用OpenCV库将灰度图转换为GCode，并通过单向扫描实现对图像的激光雕刻。GCode是一种用于控制数控机床和3D打印机的指令语言，而OpenCV是一种开源计算机视觉库。通过结合这两者，我们可以实现从图像到GCode的转换，进而在机器上实现图像的物理输出。

引言

在数字制造时代，将图像转换为GCode是实现自动化加工和打印的关键步骤。本文将探讨如何利用OpenCV库将灰度图转换为GCode，并通过单向扫描的方式实现对图像的激光雕刻。
未优化的单向扫描
上图是未做任何处理，直接从灰度图转换成GCode。
已优化的单向扫描
优化后生成的GCode如上所示：

原始图像如上所示：

单向扫描存在的问题

单向操作存在来回折返空行程问题，导致加工时间变长。
本文主要通过使用以下形式的代码，删除了多余的行程（空跑没任何意义的G0）。

while(++x < image.cols && image.at<std::uint8_t>(y, x) == 255) {length++;
}
--x;

实现了未优化版本和优化版本的单向扫描，两者加工时间从生成的GCode代码上，可以看出有了很大差异。

红色是 G0，绿色是加工部分 G1。

当然如果使用双向扫描方向，加工时间差异会更大。

灰度图像单向扫描代码示例

编译器要求最低 C++23

#pragma once
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <fstream>
#include <print>
#include <vector>
#include <optional>
#include <ranges>struct G0 {std::optional<float> x, y;std::optional<int> s;std::string toString() {std::string command = "G0";if(x.has_value()) {command += std::format(" X{:.3f}", x.value());}if(y.has_value()) {command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());}if(s.has_value()) {command += std::format(" S{:d}", s.value());}return command;}explicit  operator std::string() const {std::string command = "G0";if(x.has_value()) {command += std::format(" X{:.3f}", x.value());}if(y.has_value()) {command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());}if(s.has_value()) {command += std::format(" S{:d}", s.value());}return command;}
};struct G1 {std::optional<float> x, y;std::optional<int> s;std::string toString() {std::string command = "G1";if(x.has_value()) {command += std::format(" X{:.3f}", x.value());}if(y.has_value()) {command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());}if(s.has_value()) {command += std::format(" S{:d}", s.value());}return command;}explicit operator std::string() const {std::string command = "G1";if(x.has_value()) {command += std::format(" X{:.3f}", x.value());}if(y.has_value()) {command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());}if(s.has_value()) {command += std::format(" S{:d}", s.value());}return command;}
};class ImageToGCode
{
public:// 激光模式enum class LaserMode {Cutting,    // 切割 M3 Constant PowerEngraving,  // 雕刻 M4 Dynamic Power};// 扫描方式enum class ScanMode {Unidirection,  // 单向Bidirection,   // 双向};struct kEnumToStringLaserMode {constexpr std::string_view operator[](const LaserMode mode) const noexcept {switch(mode) {case LaserMode::Cutting: return "M3";case LaserMode::Engraving: return "M4";}return {};}constexpr LaserMode operator[](const std::string_view mode) const noexcept {if(mode.compare("M3")) {return LaserMode::Cutting;}if(mode.compare("M4")) {return LaserMode::Engraving;}return {};}};ImageToGCode() = default;~ImageToGCode() = default;auto &setInputImage(const cv::Mat &mat) {this->mat = mat;return *this;}auto &setOutputTragetSize(double width, double height, double resolution = 10.0 /* lin/mm */) {this->width      = width;this->height     = height;this->resolution = resolution;return *this;}auto &builder() {command.clear();try {matToGCode();} catch(cv::Exception &e) {std::println("cv Exception {}", e.what());}std::vector<std::string> header;header.emplace_back("G17G21G90G54");                                             // XY平面;单位毫米;绝对坐标模式;选择G54坐标系header.emplace_back(std::format("F{:d}", 30000));                                // 移动速度 毫米/每分钟header.emplace_back(std::format("G0 X{:.3f} Y{:.3f}", 0.f, 0.f));                // 设置工作起点及偏移header.emplace_back(std::format("{} S0", kEnumToStringLaserMode()[laserMode]));  // 激光模式if(airPump.has_value()) {header.emplace_back(std::format("M16 S{:d}", 300));  // 打开气泵}std::vector<std::string> footer;footer.emplace_back("M5");if(airPump.has_value()) {footer.emplace_back("M9");  // 关闭气泵，保持 S300 功率}command.insert_range(command.begin(), header);command.append_range(footer);return *this;}bool exportGCode(const std::string &fileName) {std::fstream file;file.open(fileName, std::ios_base::out | std::ios_base::trunc);if(!file.is_open()) {return false;}for(auto &&v: command | std::views::transform([](auto item) { return item += "\n"; })) {file.write(v.c_str(), v.length());}return true;}auto setLaserMode(LaserMode mode) {laserMode = mode;return *this;}auto setScanMode(ScanMode mode) {scanMode = mode;return *this;}private:void matToGCode() {assert(mat.channels() == 1);assert(std::isgreaterequal(resolution, 1e-5f));assert(!((width * resolution < 1.0) || (height * resolution < 1.0)));unidirectionStrategy();}void internal(cv::Mat &image, auto x /*width*/, auto y /*height*/) {auto pixel = image.at<cv::uint8_t>(y, x);if(pixel == 255) {command.emplace_back(G0(x / resolution, y / resolution, std::nullopt));} else {auto power = static_cast<int>((1.0 - static_cast<double>(pixel) / 255.0) * 1000.0);command.emplace_back(G1(x / resolution, y / resolution, power));}}// 单向扫描// 未做任何优化处理，像素和G0、G1一一映射对应。void unidirectionStrategy() {cv::Mat image;cv::resize(mat, image, cv::Size(static_cast<int>(width * resolution), static_cast<int>(height * resolution)));cv::imshow("mat",image);cv::waitKey(0);for(int y = 0; y < image.rows; ++y) {command.emplace_back(G0(0, y / resolution, std::nullopt).toString());for(int x = 0; x < image.cols; ++x) {auto pixel = image.at<uchar>(y, x);if(pixel == 255) {command.emplace_back(G0(x / resolution, std::nullopt, std::nullopt));} else {auto power = static_cast<int>((1.0 - static_cast<double>(pixel) / 255.0) * 1000.0);command.emplace_back(G1(x / resolution, std::nullopt, power));}}}}// 单向扫描优化版本V1// 删除多余空行程，这里空行程指连续的无用的G0。void unidirectionOptStrategy() {cv::Mat image;cv::resize(mat, image, cv::Size(static_cast<int>(width * resolution), static_cast<int>(height * resolution)));int offset = 0;  // The frist consecutive G0int length = 0;for(int y = 0; y < image.rows; ++y) {command.emplace_back(G0(offset / resolution, y / resolution, std::nullopt).toString());for(int x = 0; x < image.cols; ++x) {auto pixel = image.at<uchar>(y, x);length     = 0;if(pixel == 255) {while(++x < image.cols && image.at<std::uint8_t>(y, x) == 255) {length++;}--x;// Whether continuous GO existsif(length) {if(x - length == 0) {  // skip The frist consecutive G0offset = length;command.emplace_back(G0((x) / resolution, std::nullopt, std::nullopt));continue;}if(x == image.cols - 1) {  // skip The last consecutive G0command.emplace_back(G0((x - length) / resolution, std::nullopt, std::nullopt));continue;}// Continuous GOcommand.emplace_back(G0(x / resolution, std::nullopt, std::nullopt));} else {// Independent GOcommand.emplace_back(G0(x / resolution, std::nullopt, std::nullopt));}} else {auto power = static_cast<int>((1.0 - static_cast<double>(pixel) / 255.0) * 1000.0);command.emplace_back(G1(x / resolution, std::nullopt, power));}}}}// Define additional strategy functions here
private:cv::Mat mat;                                 // 灰度图像double width {0};                            // 工作范围 x 轴double height {0};                           // 工作范围 y 轴double resolution {0};                       // 精度 lin/mmScanMode scanMode {ScanMode::Bidirection};   // 默认双向LaserMode laserMode {LaserMode::Engraving};  // 默认雕刻模式std::optional<int> airPump;                  // 自定义指令 气泵 用于吹走加工产生的灰尘 范围 [0,1000]// add more custom cmdstd::vector<std::string> command;            // G 代码
};int main() {// 读取以灰度的形式读取一个图像cv::Mat mat = cv::imread(R"(ImageToGCode\image\tigger.jpg)", cv::IMREAD_GRAYSCALE);cv::flip(mat, mat, 0);// 实例化一个对象ImageToGCode handle;// 设置相关参数// setInputImage 输入图像// setOutputTragetSize 输出物理尺寸大小 以 mm 为单位，这里输出 50x50 mm 大小// builder 开始执行图像转GCode操作// exportGCode 导出 gcode 文件handle.setInputImage(mat).setOutputTragetSize(50,50).builder().exportGCode(R"(ImageToGCode\output\001.nc)");
}