基于工業(yè)CT掃描數(shù)據(jù)的網(wǎng)格重建及處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前在逆向工程領(lǐng)域，三坐標(biāo)測量機(jī)、三維激光掃描儀等被大量使用，但是這些測量手段只能對產(chǎn)品開敞部位進(jìn)行測量，不適用于有復(fù)雜內(nèi)腔產(chǎn)品的內(nèi)腔測量。工業(yè)CT(Industrial Computed Tomography,ICT)掃描方法是一種先進(jìn)的無損非接觸測量方法，可以得到產(chǎn)品的外表面和復(fù)雜內(nèi)腔的測量數(shù)據(jù)。然而，受到各種因素的干擾，工業(yè)CT掃描數(shù)據(jù)中存在一些噪聲，使得重建網(wǎng)格模型表面凹凸不平。受到工業(yè)CT掃描成本和掃描工藝的限制，掃描層間距過

2、大導(dǎo)致切片圖像的z向?qū)娱g分辨率遠(yuǎn)低于切片圖像的xy平面分辨率，使用這些序列圖像重建工件的三維表面網(wǎng)格模型時會產(chǎn)生明顯的階梯狀偽影。另外受測量技術(shù)的制約或者網(wǎng)格重建算法存在缺點(diǎn)等原因，使得生成的網(wǎng)格模型存在一些孔洞。
　　針對上述問題，本文以工業(yè)CT掃描數(shù)據(jù)為研究對象，重點(diǎn)對網(wǎng)格光順處理技術(shù)、階梯狀偽影去除技術(shù)和三角網(wǎng)格孔洞修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　(1)為了使網(wǎng)格光順?biāo)惴ㄔ谙肼暤耐瑫r，保持模型特征以

3、及優(yōu)化網(wǎng)格，提出一種保特征的網(wǎng)格均勻化光順?biāo)惴?。首先獲取二階鄰域三角面片的信息，考慮到采樣密度，使用改進(jìn)的雙邊濾波器和準(zhǔn)拉普拉斯算子預(yù)測頂點(diǎn)位置，然后綜合了拉普拉斯光順法與平均曲率法的優(yōu)點(diǎn)，通過沿頂點(diǎn)切平面和法矢量方向同時對網(wǎng)格頂點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。該方法可以有效去除噪聲，能夠保持三維表面模型的特征而且網(wǎng)格得到優(yōu)化。
　　(2)當(dāng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)含有較多噪聲時，傳統(tǒng)的主成分分析方法不能正確估算點(diǎn)云法矢量。根據(jù)工業(yè)CT點(diǎn)云數(shù)據(jù)中噪聲局部呈現(xiàn)高斯分布

4、的特點(diǎn)，提出一種高斯加權(quán)的法矢量估算方法，按照工業(yè)CT點(diǎn)云中局部不同點(diǎn)對整體點(diǎn)云影響程度的不同賦予相應(yīng)的權(quán)值。該方法可以有效降低高斯噪聲的干擾，比較準(zhǔn)確的估算出工業(yè)CT點(diǎn)云法矢量。
　　(3)提出一種去除網(wǎng)格表面階梯狀偽影的方法。首先建立工業(yè)CT點(diǎn)云數(shù)據(jù)的k-鄰域，通過高斯加權(quán)的協(xié)方差分析估算出點(diǎn)云法矢量，然后使用雙邊濾波去除點(diǎn)云中的噪聲，最后通過二次誤差函數(shù)來擬合點(diǎn)云，使用自適應(yīng)圓球覆蓋方法對點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化處理。實驗結(jié)果表明，該

5、方法能有效去除階梯狀偽影并且在合理的精度范圍內(nèi)可以生成高質(zhì)量的三角網(wǎng)格模型。
　　(4)提出一種孔洞光順修補(bǔ)方法。首先使用最小面積法直接對網(wǎng)格模型的孔洞進(jìn)行修補(bǔ)，然后使用網(wǎng)格細(xì)分以及邊交換技術(shù)對孔洞網(wǎng)格進(jìn)行優(yōu)化處理，最后對局部孔洞網(wǎng)格利用加權(quán)均值濾波進(jìn)行法矢量調(diào)整，并使用平均曲率流沿著調(diào)整后的網(wǎng)格頂點(diǎn)方向進(jìn)行光順處理。使用三角形內(nèi)外半徑之比的網(wǎng)格質(zhì)量評價方法來分析整體網(wǎng)格質(zhì)量。實驗表明，本文方法修補(bǔ)精度較高，修補(bǔ)的網(wǎng)格能較好地逼近