多基准点下多视点云拼接对齐方法的研究

为了探究逆向工程中急需解决的高效高精度坐标转换方法,因此研究了基于多基准点的多视点云对齐技术。通过利用对基准点的滤波以及四元数作为旋转因子的特性,提出了一种新的滤波方法并改进了多视点云拼接方法,实现了多视点云的快速精确拼接。利用该方法对模型车外壳进行反求,分别采用三基准点法和多基准点法对模型车多视点云进行对齐,并得到不同方法下的转换精度,验证了该新方法的高精度性和优越性,同时也证明了三基准点法的不稳定性。     

基于大型件特征对齐的误差分析及模型重构

在大型件反求中,因尺寸过大很难单次进行采样,所以需要运用基于特征的多视点云对齐技术。为了探究仅依靠特征对齐是否能够满足大型件精度需求,应用高精度的改进ICP算法,通过Matlab编程同Geomagic Studio软件进行对齐误差分析,验证了仅依靠特征对齐足以满足大型件后期逆向工程精度需求,为后续逆向工作提供保证。某厂驾驶室点云对齐以及模型重构实例证明了该方法是行之有效的,也为同类大型件的模型重构提供了技术借鉴。     

基于图形的点云数据拼接方式研究与应用

反求设计是再现实物模型原型的数字化设计过程.在反求设计中,由于实物模型的点云数据往往不能一次测量完成,多次测量的点云数据需要通过数据拼接来达到数据统一,坐标一致.数据拼接的精度关系到测量的点云数据的精度,从而最终影响反求的三维模型的准确性.通过对点云数据拼接方法研究,结合正向设计中的几何约束对齐方式,采用基于几何图形的数据拼接方式,通过几何图形的完全对齐,实现多次测量的点云数据精确拼接,实践证明该方法在保证点云拼接精度上是切实可行的.     

基于Imageware的多视点云拼合技术研究和应用

逆向工程技术应用中,由于物体的几何形状复杂,测量仪器不能一次完成整个表面的测量工作,需要从多个角度实现对物体表面的完整测量。为了得到完整的数据模型,必须进行数据拼接处理,其目的是通过在两片或多片数据点云(点集)中找出正确的排列关系,使它们能够拼合成一片完整的数据点云。本文以固定球法从不同角度进行多次测量获得多视点云,利用Imageware逆向软件的数据对齐技术实现其多视点云拼合并完成模型重构。     

逆向工程中基于标签的点云数据采集与处理

针对光学扫描仪采集点云数据的特点,以犁体曲面为研究对象,引入圆形标签作为扫描时的识别点及多视拼接的基准点,经合理规划后获取点云数据。从噪声去除、多视拼接、数据平滑与精简等方面讨论了点云数据预处理方法,重点研究基于标签点的多视拼接,提出了人机交互模式下多视点云数据统一方法,实例表明拼接误差可控制在0.05 mm之内,运行时间可缩短30 s左右。并利用逆向工程软件Im ageware完成了犁体曲面的构建,为探索逆向工程在农机产品设计制造中的应用提供借鉴。     

特殊工件扫描数据处理

针对逆向工程中激光扫描仪在扫描大型异形工件时点云对齐质量差,点云数据精简效果不理想等问题,提出了先分部精简点云数据再对齐的方法。对坐便器进行扫描处理,实现了工件表面模型的建立。     

逆向工程中的多视数据对齐方法

在分析了多视数据产生的原因及其不同的数据采集方法,给出了解决多视数据对齐问题的方法。并根据三基准点对齐的原理,采用合适的对齐方法,通过变换坐标从而达到数据对齐定位的目的。本文介绍了目前在逆向工程中常用的几种数据对齐方法。     

散热盖模具点云数据处理技术研究

散热盖注塑模具进行三维模型重建技术主要研究内容有模具样件的三维数据测量、点云数据处理、曲线曲面模型的重构、模具三维实体化等。点云数据预处理主要包括点云数据的对齐与重定位、数据的精简与降噪等。由于任何测量系统在采集数据时均存在误差,所以在重建模型之前,必须对采集的数据进行预处理。点云数据预处理主要包括多视点云拼合、点云数据滤波及平滑、数据精简、对噪声点和异常点的处理以及对数据进行的平滑操作等几方面。预处理后所获得的纯净数据将为后续研究奠定良好基础。     

基于三个基准点的点云拼接对齐方法

在逆向工程技术应用中,经常需要得到物体内、外表面几何形状的完整数据.测量仪器往往不便于在同一定位状态(同一坐标系)下完成整个内、外表面的测量工作.为了得到完整数据模型,常用的方法是采用多视拼合技术.本文首先讨论了对齐拼接的算法,然后根据此原理,提出粘贴带有孔的薄壁塑料片的新方法,在不同的定位状态下对物体内、外表面进行多...     

基于几何特征的整体叶轮三维测量模型与CAD模型对齐方法

提出了基于几何特征的模型对齐方法,并应用于整体叶轮三维模型。提取了测量模型的质心。根据整体叶轮对称性,采用最小二乘法对其轴线进行了估算,并采用加工精度高的轴位置数据对轴线进行了修正,从而将测量模型的质心、轴线与CAD模型的质心及轴线对齐。根据整体叶轮的制造精度特征,采用加权最小二乘法,实现了叶片区域测量模型与CAD模型的对齐。经计算,采用上述方法的最大对齐误差为0.2mm。     

Design of a Universal Fixture for Laser Scanning

In this paper, a universal fixture for 3D laser scanning is presented. In order to reconstruct the surface or CAD model from the scanned data of an existing part, it is necessary to integrate the point data from several views of an object into a common reference frame. When the registration is implemented with a feature-based method using tooling balls, the reference coordinate system is established by several common tooling balls from different point clouds. The laser scanner is often used to acquire the surface information of the part, but is limited in its measuring direction, which is fixed only along the z-axis. A universal fixture using several joints and an adjustable tooling ball holder is designed considering the convenience of the part set-up and the accuracy of the registration. The location of the tooling balls can be arranged to avoid the occlusion of the part and to minimise the registration error. The universal fixture was applied to a wrap-around part having freeform surfaces to demonstrate the effectiveness of the proposed design.     

改进Demons算法的非刚性医学图像配准

非刚性配准是医学图像处理的一个重要的研究方向。基于光流场模型的Demons算法由于仅依赖图像灰度梯度使图像变形,当缺乏梯度信息时图像的变形方向不能确定,因而容易造成误配准,且该算法只适合于单模态图像配准。本文针对最大互信息配准方法在多模态刚性配准中的成功应用,提出了一种可用于多模态图像配准的改进Demons算法。该方法在原有驱动图像变形力的基础上,增加两幅图像间互信息对当前变换的梯度作为附加力作用,使浮动图像向两图像间互信息增大的方向变形,正确地配准图像。为避免陷入局部极值并提高算法的运行速度,该方法在多分辨率策略下实现。使用单模态、多模态图像分别进行实验来验证此算法,并与原始Demons算法进行比较,实验表明,该方法能够快速地产生准确的配准变换。     

基于坐标配准的牙颌测量点云拼合技术研究

针对牙颌等待测物非接触式光学三维测量,提出了一种融入标定功能的夹具设计方法,实现了测量过程中待测物与标定靶的空间一致性;定义了单目视觉测量过程涉及到的坐标系统;提出了一种基于坐标配准的点云拼合技术,简化了点云拼合流程,实现了点云拼合理论零误差;应用张正友标定方法对摄像机进行了标定;通过实验验证,得到了具有一定精度的牙颌三维模型点云拼合数据,实现了较快的测量速度,为提高牙颌测量系统的整体精度提供了有力支撑。     

光学扫描和CMM测量数据的配准研究

研究了光学扫描和CMM测量数据的配准问题。给出了基于配准工作台的配准方法,分析了影响配准的误差因素;以法矢准则提取了扫描数据中的标准球数据,并由基准点连接线段的中点代替原来的基准点改进了三点定位算法。实验对比了几种配准方法的误差,验证了改进方法的可行性。     

基于点云稀疏语义特征的智能网联汽车协同感知配准算法

针对道路场景下多智能网联汽车协同感知问题,本文提出一种基于点云稀疏语义特征的智能网联汽车协同感知配准算法。所提算法旨在通过点云集成配准扩展智能网联汽车感知范围,进而实现智能网联汽车协同感知。首先,在道路语义特征基础上进行几何特征提取进而得到点云稀疏语义特征。其次,计算道路语义特征点云间的角度偏差以提供配准初值,并将点云语义信息作为配准约束条件实现全局语义集成配准。实验表明所提算法有效扩大了多智能网联汽车协同感知范围,提高了多点云集成配准的精度与鲁棒性。与当前主流算法JRMPC相比,本文所提算法配准精度提高了2.45%。     

Registration of serial sections of mouse liver cell nuclei

Image registration of biological tissue is essential for 3D reconstruction, which is important for visualizing and quantifying the 3D relationships between internal structures of an object. The biological role of DNA organization, which is an extremely complex 3D architecture within the cell nucleus, has come into focus since it has become clear that the chromatin structure in itself functions as a regulator of DNA. Thus, 3D reconstruction of cell nuclei based on consecutive series of high-resolution ultrathin slices may provide new information about the chromatin structure and its organizational changes during carcinogenesis. This work focuses mainly on the problem of registering successive serial transmission electron micrographs of ultrathin sections of mouse liver cell nuclei to analyse the 3D chromatin structure. A five-step semiautomatic interactive registration method is proposed. The first two steps of the procedure correct the rotation and translation components by using the phase correlation. The third, fourth and fifth steps correct the global distortion, employing a point mapping method based on different ways of selecting the control points. In step three, the control points were automatically computed by phase correlating corresponding subimages of the reference and sensed image. A semiautomatic method is used in the fourth step to select the control points, i.e. an automated method for computing the centre of mass of manually identified anatomical structures in neighbouring slices. For the sections which could not be properly corrected by the four steps, a final step is introduced, where control points are manually selected in the reference and sensed images. An algorithm is proposed to examine the spatial distribution of selected control points. Four sets of serial sections of mouse liver cell nuclei, each with approximately 100 sections, are registered by the proposed method and also registered manually for the comparison of registration accuracy. Artificial X–Z and Z–Y sections of registered series were visually compared for the smoothness of the nuclear membrane. To quantify the registration accuracy and the extent of registration, the correlation coefficient (C) and the overlap index (C₀) were computed over the registered structure of interest. In addition to the visual comparison and the comparison of C and C₀, the registered serial sets were compared by 3D GLCM-based texture features in the Z direction. The results demonstrate that the proposed semiautomatic registration technique achieved accurate results comparable to the manual registration. The proposed registration method relies only on the operator for rough pinpointing of cellular structures. Therefore, it should provide better reproducibility, and allow the user to operate the system faster and in a more relaxed manner than in a manual registration.     

一种基于最小均方差的散斑图像配准算法的研究

一种基于最小均方差理论的散斑图像亚像素配准算法,是按线性估计理论推导目标函数的解析解,利用刚体位移模型和散斑图像仿真模型生成5组40帧长斑图像序列,分别在无噪声干扰和加性高斯噪声干扰下对算法进行实验验证。实验结果表明,在无噪声干扰下,图像序列的位移轨迹具有较好的线性度,且系统误差和随机误差较小。在不同噪声水平干扰下,当信噪比为10dB时,该算法失效;而当信噪比不低于20dB时,噪声对配准结果的影响随着信噪比的增加将逐渐减弱。     

轮对轮辋厚度检测中图像配准方法研究

针对轮辋厚度参数的在线检测,提出了基于双相机的轮辋厚度参数检测方法,其中图像配准是影响该参数计算的重要因素。在分析轮对轮廓线图像特点的基础上,提出了利用配准板特征点的图像配准方法,设计了图像配准步骤,采用仿射变换作为图像配准中的变换模型。为保证配准精度,在综合考虑配准板上特征点的数量和特征点的分布的基础上设计了配准板。通过图像配准实验,提取了配准板特征点坐标,求解了仿射变换矩阵。实验表明,该方法的配准精度为2个像素。     

产品模型定位系统核心技术研究

模型定位一直是逆向工程领域和图像处理领域的重要技术之一,结合零件加工定位和无损检测的需要,提出了产品模型定位系统框架和问题解决方法。该系统以工业CT或CMM测量数据作为三维输入方式,构成待配准模型,以CAD模型作为理论模型。针对待配准模型与理论模型,研究并实现了粗配准技术、精确配准技术、配准定位的分析评估以及数据拼合等核心技术。该系统可以应用于无损检测、无损评估以及加工定位等领域,具有广泛的应用前景。