反求工程中基于点云的特征挖掘技术研究

论文题目: 反求工程中基于点云的特征挖掘技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 陈曦

导师: 柯映林

关键词: 反求工程,点云,栅格结构,数据预处理,曲率计算,噪声过滤,区域分割,假设检验,误差分析,点投影

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 以点云为源，以特征为本的参数化反求建模技术现已成为反求工程领域的一个研究热点。近年来，非接触式测量设备的飞速发展使点云的数据规模急剧增加，点云和特征间的关系日趋复杂，在这种情况下，为了能够快速、准确地理解点云所蕴含的特征信息，本文提出并系统研究了基于点云的特征挖掘技术。 在反求工程的背景下，首先给出了特征的定义和分类，而后在此基础上结合数据挖掘思想定义了特征挖掘技术。对特征挖掘的研究内容、体系结构和应用领域进行了系统的分析和论述，指出了包括数据预处理、区域分割和曲面误差评价在内的论文研究方向。 点云数据的引入一方面使反求建模系统的形状描述能力明显提高；另一方面使系统的数据分析、处理模块不堪重负。为了提高系统的数据处理效率，本文首次提出了基于三参数Shepard曲面的噪声过滤和曲率计算方法。提出的噪声过滤算法以三参数Shepard曲面为潜在的流形表面，实现了保特征的异面数据虑除。提出的点云曲率估算方法通过Shepard曲面插值点的简单线性组合计算曲率，避免了大量的曲面逼近运算，具有效率高，复杂度低，实用性强的特点。 提出一种基于微分几何量统计分析的区域自动分割算法。该方法将点云划入规则分布的三维栅格，通过法曲率映射、高斯映射分析每个栅格的几何属性，利用假设检验法判断栅格的特征类别并基于栅格的拓扑关系、映射点的聚类性质和分布拟合的结果分割相应区域。该算法具有阈值少，效率高，抗噪能力强的特点。 提出点云到曲面距离的快速算法。该方法通过曲面采样和最近点搜索获得点云中每个测量点对应的投影点初值，基于此初值迭代求取精确投影点并计算此点和对应测量点的距离。文中首次从理论上定量分析了曲面离散密度对计算精度的影响，这使得本文算法实现了距离估算误差的先验性控制。算法中使用的均匀采样准则和六面体栅格结构使得其速度明显优于同类算法。 研究了上述特征挖掘算法在RE-SOFT系统中的高效代码实现方案。基于两个建模实例说明了这些特征挖掘算法是快速、稳定和可靠的。本文最后对未来的研究工作进行了展望。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 点造型技术

1.1.1 点造型概念及其内涵

1.1.2 点造型的国内外研究现状

1.1.3 点造型系统及应用

1.1.4 点造型存在的问题

1.2 基于点云和特征的反求工程CAD建模技术

1.2.1 基于点云的反求工程CAD建模技术

1.2.2 特征在反求工程CAD中的地位和作用

1.2.3 基于特征的反求工程CAD建模技术

1.3 特征建模中存在的问题

1.4 论文的主要研究内容

第二章 特征挖掘的系统框架及核心问题

2.1 引言

2.2 特征的基本概念

2.3 基于数据挖掘思想的特征挖掘技术

2.4 特征挖掘的体系结构

2.4.1 前处理模块

2.4.2 特征挖掘引擎

2.4.3 特征分析模块

2.5 本章小结

第三章 点云数据预处理及微分几何量计算

3.1 引言

3.2 三参数Shepard曲面

3.3 数据处理流程概述

3.4 点云数据栅格化

3.5 数据压缩

3.6 噪声去除

3.6.1 过滤孤立的异面噪声数据集

3.6.2 过滤具有连接关系的异面噪声数据集

3.7 微分几何量计算

3.7.1 几何量采样

3.7.2 几何量插值

3.7.3 计算阈值选择

3.7.4 应用实例

3.7.5 算法比较

3.8 本章小结

第四章 点云数据几何属性分析及特征区域分割

4.1 引言

4.2 基于法曲率坐标系和高斯球的特征属性识别

4.2.1 特征定义及相应几何属性分析

4.2.2 高斯映射和法曲率映射

4.2.3 基于假设检验法判别栅格属性

4.3 基于栅格拓扑结构的特征聚类算法

4.3.1 栅格连通性生长

4.3.2 特征聚类分析

4.4 基于分布拟合法检验特征区域

4.5 应用实例

4.6 本章小结

第五章 点云到曲面距离的快速计算

5.1 引言

5.2 算法原理

5.3 距离估算的理论误差限

5.4 基于给定误差限的曲面模型离散

5.5 基于栅格结构的最近点搜索

5.6 点面距离计算

5.7 应用实例

5.8 算法比较

5.9 本章小结

第六章 高效特征挖掘模块的开发与应用

6.1 高效特征挖掘模块的设计方案

6.1.1 点云数据结构设计

6.1.2 基于点云的高效特征挖掘模块设计

6.2 基于挖掘技术的反求工程CAD建模实例

6.2.1 某手机震动模建模实例

6.2.2 某飞机工装零件建模实例

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读博士学位期间完成的论文和参加的科研项目

致谢

发布时间: 2006-11-22

参考文献

• [1].基于联合双边滤波器的点云特征保持滤波[D]. 郑颖龙.华南理工大学2018
• [2].城市环境中基于三维特征点云的建图与定位技术研究[D]. 魏崇阳.国防科学技术大学2016
• [3].基于摄影测量系统的标定与表面数据融合算法研究[D]. 付玮.南昌大学2018
• [4].LiDAR点云约束下的多视影像密集匹配与融合方法研究[D]. 黄旭.武汉大学2016
• [5].基于核机器学习方法的点云处理若干方法研究[D]. 蔡勇.西南交通大学2006
• [6].离散点云处理的关键技术研究[D]. 何朝明.西南交通大学2007
• [7].计算机视觉中相机标定及点云配准技术研究[D]. 王瑞岩.西安电子科技大学2015
• [8].3D点云复杂曲面重构关键算法研究[D]. 金龙存.上海大学2012
• [9].非合作姿态测量中的点云获取与配准方法研究[D]. 刘通.哈尔滨工业大学2016
• [10].基于点云的三维重建与形变事件分析[D]. 李扬彦.中国科学院深圳先进技术研究院2013

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