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

1、目前在逆向工程領域，三坐標測量機、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)品開敞部位進行測量，不適用于有復雜內腔產(chǎn)品的內腔測量。工業(yè)CT(Industrial Computed Tomography,ICT)掃描方法是一種先進的無損非接觸測量方法，可以得到產(chǎn)品的外表面和復雜內腔的測量數(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、大導致切片圖像的z向層間分辨率遠低于切片圖像的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。另外受測量技術的制約或者網(wǎng)格重建算法存在缺點等原因，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，重點對網(wǎng)格光順處理技術、階梯狀偽影去除技術和三角網(wǎng)格孔洞修補技術進行研究，主要研究內容和成果如下：
　　(1)為了使網(wǎng)格光順算法在消除噪聲的同時，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)格均勻化光順算法。首先獲取二階鄰域三角面片的信息，考慮到采樣密度，使用改進的雙邊濾波器和準拉普拉斯算子預測頂點位置，然后綜合了拉普拉斯光順法與平均曲率法的優(yōu)點，通過沿頂點切平面和法矢量方向同時對網(wǎng)格頂點進行調整。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)當點云數(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云法矢量。根據(jù)工業(yè)CT點云數(shù)據(jù)中噪聲局部呈現(xiàn)高斯分布

4、的特點，提出一種高斯加權的法矢量估算方法，按照工業(yè)CT點云中局部不同點對整體點云影響程度的不同賦予相應的權值。該方法可以有效降低高斯噪聲的干擾，比較準確的估算出工業(yè)CT點云法矢量。
　　(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點云數(shù)據(jù)的k-鄰域，通過高斯加權的協(xié)方差分析估算出點云法矢量，然后使用雙邊濾波去除點云中的噪聲，最后通過二次誤差函數(shù)來擬合點云，使用自適應圓球覆蓋方法對點云進行網(wǎng)格化處理。實驗結果表明，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可以生成高質量的三角網(wǎng)格模型。
　　(4)提出一種孔洞光順修補方法。首先使用最小面積法直接對網(wǎng)格模型的孔洞進行修補，然后使用網(wǎng)格細分以及邊交換技術對孔洞網(wǎng)格進行優(yōu)化處理，最后對局部孔洞網(wǎng)格利用加權均值濾波進行法矢量調整，并使用平均曲率流沿著調整后的網(wǎng)格頂點方向進行光順處理。使用三角形內外半徑之比的網(wǎng)格質量評價方法來分析整體網(wǎng)格質量。實驗表明，本文方法修補精度較高，修補的網(wǎng)格能較好地逼近