基于斷層輪廓成像的三維模型重構(gòu)理論和試驗(yàn)研究.pdf

1、通過搭建試驗(yàn)平臺，對被測件進(jìn)行預(yù)處理之后，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的工作參數(shù)來選擇合適的拍攝條件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)，通過對比和分析試驗(yàn)結(jié)果，確定最佳的拍攝條件以獲取高質(zhì)量的斷層圖像。在確定了拍攝條件的基礎(chǔ)隨著制造業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)的正向工程已經(jīng)難以滿足人們的需求，反求工程越來越廣泛的被應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計中。反求工程不僅可以大幅度縮短新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計周期，也可以大大降低研發(fā)的成本。在反求工程中，快速、準(zhǔn)確地獲取目標(biāo)物體的三維幾何數(shù)據(jù)是極為關(guān)鍵的一

2、步，但是對于具有復(fù)雜內(nèi)腔輪廓的零部件，數(shù)據(jù)測量方式受到了相應(yīng)的限制，從測量精度和成本兩個方面考慮，本文提出了一種基于斷層輪廓成像三維模型重構(gòu)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，是將CCD相機(jī)通過連接件與數(shù)控加工中心集成為一體，安裝高分辨率的鏡頭與LED環(huán)形光源，并配有可拆卸的遮光桶，將用包埋體包裹后固定于機(jī)床工作臺上的被測工件，使用數(shù)控加工中心進(jìn)行高精度逐層切削成像，得到斷層輪廓圖像。之后對斷層圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理、邊緣檢測、亞像素細(xì)分等技術(shù)進(jìn)行處理,從

3、而得到被測件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云精簡、分割、三角網(wǎng)格化處理，最后通過曲線曲面擬合得到被測物體的三維重構(gòu)模型。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)采集的原始數(shù)據(jù)，研究了圖像的預(yù)處理技術(shù)，即平滑去噪、灰度平均法以及中值濾波；然后，通過研究已有的邊緣檢測算法 Canny算法和Log算法，在此基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的Canny算法，一定程度上提高了邊緣檢測精度；最后通過亞像素細(xì)分算法進(jìn)一步提高邊緣檢測精度，相比較像素級的邊緣檢

4、測精度，亞像素細(xì)分算法精度提高了50％。⑵研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精簡、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格化等。首先研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡的方法，如均勻采樣法、包圍盒法以及基于網(wǎng)格的方法，本文采用了一種基于曲率的點(diǎn)云精簡算法，并通過實(shí)例驗(yàn)證了此算法的可行性；最后研究了網(wǎng)格三角剖分算法，提出了一種新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)三角網(wǎng)格化算法。⑶對曲面擬合進(jìn)行了研究，包括曲面擬合理論基礎(chǔ)，NURBS曲面擬合以及曲面的拼接。使用IMAGEWARE、UG