基于CT图像直接驱动快速原型的关键问题研究

论文摘要

本文主要研究基于CT(Computerized Tomography)图像直接驱动快速原型的关键问题研究,它综合了ICT技术、反求工程和快速成型等高科技成果,它在产品快速开发与仿制技术中占有重要地位,也是消化吸收国内外先进技术的有效途径。论文研究了利用ICT切片数据进行CLI格式转换并直接驱动快速成型的主要技术,完成了包括ICT切片图像处理、轮廓曲线拟合与特征点采样、中间轮廓数据的插补及数据格式转换等内容,可归纳为如下几方面:①在ICT切片图像处理中,研究和完成了图像平滑、图像二值化处理、边缘检测和轮廓跟踪等内容。在图像平滑中研究了局部平均滤波、高斯滤波和中值滤波三种图像平滑方法,本文采用Ostu提出的自动选取阈值的方法对ICT切片图像进行了二值化处理,来消除部分伪迹,在边缘检测方面,主要研究了Sobel算子、Robert算子、Kirsch算子、Laplacian算子、拉普拉斯LOG算子和Canny算子等6种边缘检测方法,本文采用了一种8邻域和5邻域相结合的轮廓跟踪方法,实现了边缘轮廓的单像素数据链表示。ICT切片图像处理是全文的基础,在整个系统中也是非常关键的一部分,这一部分处理的好坏决定了后续工作能否顺利进行。②在轮廓曲线拟合与特征点采样中,主要研究和实现了利用B样条曲线对轮廓曲线进行拟合的方法,采用阈值采样法对拟合后的轮廓曲线进行了特征点采样,同时研究了B样条曲线理论和其他特征点采样方法。③由于相邻两层ICT切片的间距往往不能满足快速成型的要求,这就需要在相邻两层ICT切片之间插值出若干中间轮廓来满足快速成型机的要求,以提高RP的精度。本文采用一种基于最短距离的线性插值方法,在相邻两层ICT切片之间插补出了中间轮廓。④本文在分析研究STL格式优缺点的基础上,采用CLI格式进行快速成型,在产生CLI文件时,需要区分内外轮廓,根据所采用图像的轮廓特点,本文采用了一种基于射线的内外轮廓判别方法。本文所做的研究工作具有一定的理论意义和实际应用价值。随着ICT技术的不断发展,其应用范围将不断扩大,必将带来显著的经济效益,对推动制造技术的发展有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 反求工程的基本概念
• 1.3 反求工程的应用
• 1.4 反求工程相关的测量技术
• 1.5 国内外现状综述
• 1.5.1 国际概况
• 1.5.2 国内概况
• 1.6 快速原型技术的发展概况
• 1.7 研究的主要内容
• 2 ICT 技术与RP&M 技术
• 2.1 ICT 技术
• 2.2 RP& M 技术
• 2.3 基于 ICT 的 RP&M 系统的原理及组成
• 2.4 模型数据格式
• 3 ICT 切片图像处理
• 3.1 图像平滑
• 3.1.1 三种常用的空域滤波技术
• 3.1.2 三种滤波技术的比较
• 3.1.3 实验结果
• 3.2 ICT 图像的二值化
• 3.2.1 ICT 图像伪迹的产生与处理
• 3.2.2 图像二值化的原理及算法
• 3.2.3 实验结果
• 3.3 边缘检测
• 3.3.1 常用的边缘检测算子
• 3.3.2 实验结果
• 3.4 轮廓跟踪
• 3.4.1 边界跟踪算法
• 3.4.2 轮廓跟踪算法
• 3.4.3 实验结果
• 3.5 数据结构
• 3.6 本章小结
• 4 轮廓曲线拟合与特征点采样
• 4.1 轮廓曲线拟合
• 4.1.1 B 样条曲线
• 4.1.2 均匀 B 样条曲线
• 4.1.3 B 样条曲线的反算
• 4.1.4 轮廓曲线拟合的方法
• 4.2 断层轮廓特征点采样
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 中间轮廓数据的插补
• 5.1 特征点匹配与插补
• 5.1.1 线性插值算法
• 5.1.2 层间轮廓线的插值
• 5.1.3 线性插值
• 5.1.4 轮廓分枝的处理
• 5.2 多轮廓的插值
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 6 数据格式转换与快速成型结果
• 6.1 STL 文件格式及其存在的问题
• 6.1.1 STL 文件格式
• 6.1.2 STL 文件格式的规则
• 6.1.3 STL 文件格式存在的问题
• 6.2 CLI 文件格式
• 6.3 内外轮廓的判别
• 6.4 结果与分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录