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目前在逆向工程领域,三坐标测量机、三维激光扫描仪等被大量使用,但是这些测量手段只能对产品开敞部位进行测量,不适用于有复杂内腔产品的内腔测量。工业CT(Industrial Computed Tomography,ICT)扫描方法是一种先进的无损非接触测量方法,可以得到产品的外表面和复杂内腔的测量数据。然而,受到各种因素的干扰,工业CT扫描数据中存在一些噪声,使得重建网格模型表面凹凸不平。受到工业CT扫描成本和扫描工艺的限制,扫描层间距过大导致切片图像的z向层间分辨率远低于切片图像的xy平面分辨率,使用这些序列图像重建工件的三维表面网格模型时会产生明显的阶梯状伪影。另外受测量技术的制约或者网格重建算法存在缺点等原因,使得生成的网格模型存在一些孔洞。 针对上述问题,本文以工业CT扫描数据为研究对象,重点对网格光顺处理技术、阶梯状伪影去除技术和三角网格孔洞修补技术进行研究,主要研究内容和成果如下: (1)为了使网格光顺算法在消除噪声的同时,保持模型特征以及优化网格,提出一种保特征的网格均匀化光顺算法。首先获取二阶邻域三角面片的信息,考虑到采样密度,使用改进的双边滤波器和准拉普拉斯算子预测顶点位置,然后综合了拉普拉斯光顺法与平均曲率法的优点,通过沿顶点切平面和法矢量方向同时对网格顶点进行调整。该方法可以有效去除噪声,能够保持三维表面模型的特征而且网格得到优化。 (2)当点云数据含有较多噪声时,传统的主成分分析方法不能正确估算点云法矢量。根据工业CT点云数据中噪声局部呈现高斯分布的特点,提出一种高斯加权的法矢量估算方法,按照工业CT点云中局部不同点对整体点云影响程度的不同赋予相应的权值。该方法可以有效降低高斯噪声的干扰,比较准确的估算出工业CT点云法矢量。 (3)提出一种去除网格表面阶梯状伪影的方法。首先建立工业CT点云数据的k-邻域,通过高斯加权的协方差分析估算出点云法矢量,然后使用双边滤波去除点云中的噪声,最后通过二次误差函数来拟合点云,使用自适应圆球覆盖方法对点云进行网格化处理。实验结果表明,该方法能有效去除阶梯状伪影并且在合理的精度范围内可以生成高质量的三角网格模型。 (4)提出一种孔洞光顺修补方法。首先使用最小面积法直接对网格模型的孔洞进行修补,然后使用网格细分以及边交换技术对孔洞网格进行优化处理,最后对局部孔洞网格利用加权均值滤波进行法矢量调整,并使用平均曲率流沿着调整后的网格顶点方向进行光顺处理。使用三角形内外半径之比的网格质量评价方法来分析整体网格质量。实验表明,本文方法修补精度较高,修补的网格能较好地逼近原始缺失表面,并且与周边网格自然过渡。 本文研究成果已经集成到课题组所开发的逆向软件系统中,并成功应用于复杂内腔产品的逆向设计。