基于CT的异形零部件测量及三维建模与快速成型研究

摘要

在工业生产中，常常需要重建复杂封闭内腔模型，且需要了解复杂封闭内腔的面积、周长、曲面积、体积，常规方法很难实现复杂封闭内腔重建及几何尺寸测量。CT机能在无损伤条件下，以二维断层图像的形式清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构，可以检测任意复杂形状的封闭内腔，已被广泛用于医疗、航空航天、机械等领域。
　　本文以CT技术为手段，CT检测数据为基础，研究了复杂封闭内腔的重建方法及几何参数测量方法。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1.基于鲁棒统计的尺度区域拟合几何测量研究。首先利用基于鲁棒统计的尺度区域拟合模型提取目标边缘坐标点的有序链码，然后利用格林公式和欧式距离公式计算目标区域的面积和周长，并利用台式公式计算在提取目标边缘坐标点的步骤中，把鲁棒统计理论融入尺度区域拟合模型以提高测量精度；在计算目标区域的面积和周长的过程中，利用拉格朗日插值法对边缘坐标点插值获得光滑的目标边缘，再一次提高目标区域的几何测量精度。与改进的C-V模型测量相比，该方法测量精度较高，且对于存在噪声的图像也能比较精确地测量，同时可以实现了复杂封闭内腔尺寸及形状参数的测量。
　　2.鲁棒统计的尺度区域拟合三维尺寸及形状参数的测量算法研究。工业生产中复杂工件封闭内腔难以测量，为此，本文提出基于鲁棒统计的尺度区域拟合复杂工件三维尺寸及形状参数的测量方法，该方法的主要内容为：提出了基于CT的鲁棒统计尺度区域拟合工件内腔体积和曲面积的测量方法。该方法首先利用基于二维鲁棒统计尺度区域拟合模型提取出图像目标边缘，进而得到其连续坐标点链码；然后利用拉格朗日方法插值边缘坐标点，进一步提高目标边缘精度；最后利用格林公式和欧式距离公式得到各二维切片的目标区域面积和周长，根据台体公式法得到工件的体积和曲面积。与改进的C-V模型测量相比，该测量方法精度较高。
　　3.基于CT的复杂封闭内腔三维建模的研究，首先对自然骨CT切片进行目标边缘提取，并采用八邻域跟踪算法获取自然骨的轮廓数据；然后，为满足激光快速成型对层片厚度的加工要求，建立相邻断层切片上的轮廓匹配点对，根据轮廓匹配点对，线性插值得到中间过渡轮廓数据，并采用三次样条曲线对自然骨轮廓进行拟合；最后采用最小对角线三角剖分法生成自然骨的STL模型，较好的完善了产品的轮廓信息，几乎没有出现轮廓错位及错误轮廓，较好的解决了复杂封闭内腔重建的问题。
　　本文采用基于鲁棒统计的尺度区域拟合几何测量方法，实现了复杂工件内腔尺寸及形状参数的测量，与目前较先进的测量方法相比，测量精度较高。对汽车轮毂CT切片和人体骨头的CT切片图像进行处理获得其STL文件。通过对CT数据直接生成STL文件，通过快速成型加工获得人造骨样品，缩短了产品的设计生产周期，验证了本方法的正确性。

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中文摘要

英文摘要

第一章 绪 论

1.1CT技术简介

1.2课题研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.4问题的提出

1.5本文的主要研究内容及创新点

第二章 基于CT的鲁棒统计尺度区域几何测量方法

2.1边缘提取

2.2几何参数的计算方法

2.3二维几何参数实验测量结果与分析

2.4 三维几何参数实验测量结果与分析

2.5 本章小结

第三章 基于CT的三维建模

3.1 CT切片轮廓数据获取

3.2 CT切片层间轮廓数据处理

3.3 CT切片轮廓数据转换及三维建模

3.4本章小结

第四章 实例及结果分析

4.1实例的数据处理

4.2产品快速成型

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的文章

B. 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢