刀具磨损区域的三维重构技术研究

论文摘要

刀具磨损区域形貌的重构对刀具磨损区域的观察和测量,以及磨损机理的研究有着重要的意义。长期以来,由于三维成像设备性能和成本的限制,刀具磨损的分析一直局限在磨损图像的观察和二维参数的分析上。本文在深入研究聚焦合成理论、方法及关键技术的基础上,设计出了基于聚焦合成的刀具磨损区域三维重构的方法,并开发了三维刀具磨损区域可视化软件。具体研究内容如下:1.提出了一种运用聚焦合成原理来重构刀具磨损区域的方法。将磨损区域从显微镜采集得到不同聚焦深度的图像序列,通过数字图像处理的方法,提取其高度信息,重构出刀具磨损表面的三维形貌。2.将双阈值选取技术引入到聚焦评价函数的使用中,保证了噪声点和背景点的有效剔除,大大提高了算子的适应性。3.优化了三维重构的过程,设计了快速三维重构的方法。并运用此算法进行了刀具磨损区域的三维重构试验,试验证明该算法在一定程度上提高了重构的速度。4.建立了光栅刻度尺标定的数学模型,并进行了标定的试验,试验说明该标定方法的精度较高。达到了标定的自动化,减少了人工标定带来的误差。在此基础上,提出了基于像素点对磨损区域进行测量的三维评价指标,并进行了刀具耐用度对比的测量试验。5.使用VC++ 6.0和OpenGL设计了刀具磨损区域形貌的三维显示软件。并应用本文所述的方法将得到的三维数据进行显示,绘制出刀具磨损区域的三维图像。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与重要性
• 1.2 刀具状态监测技术概况
• 1.2.1 刀具状态监测技术的分类
• 1.2.2 刀具状态监测技术的发展概况
• 1.2.3 目前刀具磨损监测技术存在的主要问题
• 1.3 计算机监测技术在刀具磨损监测技术中的应用和特点
• 1.3.1 计算机视觉技术
• 1.3.2 计算机视觉在刀具监测中的应用
• 1.3.3 基于计算机视觉技术的刀具状态监测的特点
• 1.4 光学三维重构技术
• 1.4.1 光学三维重构方法分类
• 1.4.2 刀具磨损表面重构的特点
• 1.4.3 聚焦合成技术
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 刀具磨损区域的三维重构方法及实现
• 2.1 显微成像原理
• 2.2 聚焦评价函数
• 2.2.1 空域聚焦评价函数
• 2.2.2 变换域聚焦评价函数
• 2.2.3 改进的拉普拉斯算子
• 2.3 聚焦合成技术
• 2.3.1 图片多层叠合算法
• 2.3.2 高度插值
• 2.3.3 双阈值选取技术
• 2.3.4 背景点和噪声点处理
• 2.4 刀具磨损区域三维重构试验
• 2.4.1 试验条件
• 2.4.2 三维重构算法的程序流程图
• 2.4.3 三维重构的试验结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 刀具磨损区域的快速三维重构方法及实现
• 3.1 快速三维重构方法
• 3.2 刀具磨损区域的快速三维重构试验
• 3.2.1 快速三维重构算法的程序流程图
• 3.2.2 快速三维重构的试验结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 测量标定和刀具三维评价指标
• 4.1 基于像素的尺寸标定技术
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 标定原理
• 4.1.3 标定的重复性
• 4.2 三维评价指标的初步提出
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 常规的刀具磨损评价指标
• 4.2.3 刀具磨损的三维评价指标的提出
• 4.3 精度的试验验证
• 4.3.1 算法的精度验证试验
• 4.3.2 刀具磨损测量试验
• 4.4 刀具磨损试验
• 4.4.1 当量磨钝标准的初探
• 4.4.2 试验验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 三维刀具磨损区域可视化软件的实现
• 5.1 数字地形模型（DTM，DIGITAL TERRAIN MODEL）与数字高程模型
• 5.1.1 DEM 数据的分布特征
• 5.1.2 DEM 的几种不同的表示模型
• 5.2 OPENGL 的工作原理及技术
• 5.2.1 OpenGL 概述
• 5.2.2 OpenGL 环境的初始化
• 5.3 三维地形可视化的实现过程
• 5.3.1 三维刀具磨损区域可视化软件的总体设计
• 5.3.2 三维显示场景设置
• 5.3.3 三维形貌建模
• 5.3.4 真实感图形的处理
• 5.3.5 视景变换
• 5.4 三维重构数据显示实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究发展方向和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文