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采用栅线调制的三维形貌测量技术研究

作　者: 丁文凯
导　师: 吴禄慎
学　校: 南昌大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 云纹测量 相位调制 点云预处理 曲面重建 曲面-点云偏差
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着产品复杂程度和人的审美观的提高,如何快速准确获取物体的三维形貌并在此基础上进行优化创新是产品设计与制造的研究热点。采用栅线调制的三维测量技术因其测量时间短、测量范围大和成本低等特点得到广泛应用。本文主要针对采用栅线调制进行三维测量展开研究,包括云纹测量技术、相位调制测量、点云预处理、曲面重建和误差分析等内容。采用两个相同的光栅投影在物体表面,在物体表面形成等高线,根据等高线分布来获取被测物体的形态和表面高度。但实体光栅存在参数固定、价格昂贵等缺点,采用软件设计光栅参数可调的虚拟光栅,搭建测量系统实现人体云纹测量,并对光栅图像进行优化处理。将单光栅投影到物体表面,物体外部轮廓对光栅线调制,包含物体表面高度的光栅相位发生改变。利用分步相移法求解畸变光栅相位来获取物体三维数据,并通过光栅处理软件Winmoire将变形光栅转化为离散点云。对于转换后的散乱点云中的孔洞,通过多项式曲面法进行孔洞填充。采用圈选的方法删除边界处的噪声点,通过拟合曲线法消除与曲线距离较大的噪声点。将均匀网格法和全局聚合算法结合实现点云数据简化,获取完整规则的点云。对处理后的点云采用构造初始三角形和三角形增长法转换为有序三角形排列,并利用四边形权因子将三角形合并为四边形网格。对某汽车零件,采用光栅扫描、点云转换、数据预处理和NURBS曲面拟合等过程进行快速反求,实现被测物体的原型重现。利用Geomagic Studio逆向软件测量被测物体曲面-点云误差,并利用增加控制点数量的方法减小偏差,使其符合曲面重建的精度要求。本文研究成果可用于自由曲面的三维检测和快速建模中,从而按照产品的测量数据建立与现有CAD/CAM系统完全兼容的数字化模型。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 三维测量方法与逆向软件  10-16
    1.2.1 常用三维测量方法  10-13
    1.2.2 专用逆向软件  13-16
  1.3 栅线调制测量技术研究现状  16-17
    1.3.1 国外研究现状  16
    1.3.2 国内研究现状  16-17
  1.4 选题意义  17-18
  1.5 研究内容和技术方案  18-19
  1.6 本文组织结构  19-21
第2章 光栅投影云纹测量技术  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 实体光栅投影云纹测量  21-27
    2.2.1 测量原理  21-25
    2.2.2 纹测量实验  25-27
  2.3 虚拟光栅投影测量  27-29
    2.3.1 虚拟光栅设计  27
    2.3.2 虚拟光栅测量系统  27-28
    2.3.3 测量实验  28-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章 栅线调制位相测量技术  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 光栅相位调制  31-33
  3.3 相位解调  33-36
    3.3.1 相位解调定义与分类  33-34
    3.3.2 相移法求解相位  34-36
  3.4 光栅图像获取与转换  36-38
    3.4.1 畸变光栅图像采集  36-37
    3.4.2 点云生成  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 离散数据预处理与拓扑结构划分  39-54
  4.1 引言  39
  4.2 点云精简  39-44
    4.2.1 均匀网格法  40-41
    4.2.2 全局聚合算法  41-42
    4.2.3 点云精简实验  42-44
  4.3 点云平滑和补洞  44-47
    4.3.1 点云除噪  44-46
    4.3.2 点云孔洞填充  46-47
  4.4 点云有序结构剖分  47-52
    4.4.1 点云三角形剖分  48-50
    4.4.2 点云四边域剖分  50-52
  4.5 本章小结  52-54
第5章 离散数据的曲面拟合和重构精度分析  54-63
  5.1 引言  54
  5.2 NURBS曲面重构工作流程  54-56
  5.3 四边域曲面重构实验  56-60
    5.3.1 数据预处理过程  56-57
    5.3.2 曲面拟合过程  57-60
  5.4 曲面-点云误差分析  60-62
    5.4.1 曲面-点云误差定义  60-61
    5.4.2 曲面-点云误差实验与分析  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第6章 结论与展望  63-65
  6.1 研究内容总结  63-64
  6.2 主要创新点  64
  6.3 工作展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
攻读学位期间研究成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 机器辅助技术 > 机器辅助设计（CAD）、辅助制图
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