基于ICT的STL三维重构技术研究与实现

摘要

ICT是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤的条件下，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、组成、材质及缺损状况，被誉为当今最佳无损检测技术。在先进制造技术领域当中，基于ICT切片图像的快速反求技术(Reverse Engineering，RE)已经成为当前的一个研究热点。 本文重点在于研究由工业CT切片图像生成可直接为快速原型制造设备所能接受的STL格式数据的整个过程。本文针对其涉及到的关键技术进行了研究，并通过编程实现了ICT图像重构系统中相应模块的开发。 首先，对工业CT切片图像进行轮廓提取：针对工业CT图像存在较强噪声的特点，分析了工业CT噪声的来源和性质，结合现有的经典滤波算法提出了改进的自适应加权混合滤波算法，该算法在去除噪声的同时能够较好的保持图像的细节信息；采用八邻域法对图像进行轮廓提取与追踪，获得了目标物体较为准确得轮廓信息，并以txt格式输出轮廓点的三维坐标，为后续工作奠定了基础。 其次，在对获取的轮廓进行内外环判定后，提出了基于椭圆拟合与快速Hausdroff距离算法对相邻层间轮廓进行匹配，该算法不仅能够快速、准确的实现轮廓匹配，而且针对含有分叉的轮廓，也能获得准确的匹配结果；针对工业CT扫描后获取的点云数据量大的特点，应用基于曲率的算法进行点云精简；介绍了STL文件格式并研究了层间三角面片填充的算法，根据本文需要选用并实现了最大内角填充算法；针对轮廓包含分叉的情况，将旋转半分法引入到层间三角网格构建中，较好地解决了分叉部位的网格填充问题；将所生成的三角面片按规定的格式写入STL文件，生成可直接为快速原型制造所接受的STL文件格式。 最后，基于本文的研究内容，开发相应的系统模块，并与传统的造型软件重构出CAD模型后再转换为STL文件的方法进行了比较，比较的结果说明，本文的方法是可行的，并可极大的缩短开发周期。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 ICT的发展概况

1.2 国内外研究现状

1.2.1二维图像轮廓提取

1.2.2二维图像匹配

1.2.3三维表面重构

1.3 论文选题背景及主要研究内容

1.3.1 主要研究内容

1.3.2文章章节安排

第2章ICT图像预处理

2.1引言

2.2 ICT投影成像原理

2.3 ICT图像混合滤波算法

2.3.1线性滤波算法

2.3.2非线性滤波算法

2.3.3混合滤波算法

2.4 图像阈值分割

2.5 轮廓提取与追踪

2.6本章小结

第3章轮廓匹配与三维网格构建

3.1引言

3.2 内外轮廓识别

3.2.1射线法

3.2.2转角法

3.3 层间轮廓匹配

3.3.1常见的匹配算法

3.3.2基于椭圆拟合与快速Hausdroff距离的匹配算法

3.4 点云数据精简

3.5 三维STL网格构建

3.5.1 STL数据格式简介

3.5.2层间三角面片填充

3.5.3分叉部分处理

3.6本章小结

第4章系统的设计与实现

4.1引言

4.2系统的设计

4.2.1系统功能需求分析

4.2.2模块的划分

4.3 系统的实现

4.3.1系统主要函数介绍

4.3.2系统界面

4.4实例验证

4.5本章小结

结果与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果