逆向工程中扫描数据点的曲面重构

针对三维扫描数据点的曲面重构技术在实际系统中的应用，提出了一种以B样条曲面为基础的曲面构造算法。已知数据点按简明行方式排列，算法产生一个连续的B样条曲面，该曲面的参数化过程不受每行数据点分布的影响。根据所传递的候选节点矢量，采用柔性间距选择，有效地减少了控制顶点数，同时应用三维图形标准以及图形函数库，在VC 6．0平台上完成了该软件的编制。通过实际系统应用验证，该算法改进了传统曲面重构方法在处理非均匀扫描数据点时曲线曲面形状的失真和运算的不稳定现象，计算简单，易于编程实现。     

复杂曲面特征线自动提取技术研究

复杂曲面零件的几何模型重构是逆向工程的研究重点之一,由零件表面的数字化数据提取特征线是构造几何模型的重要步骤。针对由CMM获取的三维数据“点云”,提出了基于扫描线的三维分层式方法实现特征线的自动提取,提出了基于局部增量网格扩张的三维散乱数据三角剖分算法,实现任意曲面尖锐棱线的自动提取。实践说明,通过该算法得到的复杂曲面的边界线能够满足模型重建的工程需求。     

反求工程技术在复杂曲面重构系统中的应用

论述了针对注塑零件复杂曲面的反求设计,提出运用CCD白光光栅非接触工业相机采集点云数据,将点云数据加载到Geometric软件中,利用NURBS曲面重构方法和插值算法,进行点云数据筛选,构造点云特征网格和曲面拟合,得到点云曲面的三维重构.实践证明,基于Geometric系统的NURBS曲面重构方法,在复杂曲面为原型实体重构的反求设计中具有理想的应用价值.     

薄壁类零件三维数据测量方法探索

现有三维扫描系统在进行薄壁类零件测量时,获取点云数据存在一定难度。以发动机叶片为例,利用拍照式三维扫描系统获取其点云数据,借助Stereo-3D及Geomagic Studio两款软件对点云进行处理,获得了反映叶片真实几何形态的曲面结构。实验结果表明,测量方法有效,可为其他薄壁类零件的数据测量提供参考。     

逆向工程及设计技术的整合与应用

逆向工程设计理念适用于以自由曲面为主的产品,由测量系统取得物体外形点资料,配合CAD软件重建该物体模型进行设计,本文以高尔夫球头为例,介绍逆向工程中点数据的获取及整合处理,讨论了CAD系统结合逆向工程的建模和曲面分析技术,实现了复杂曲面零件三维重构,为曲面零件的逆向造型设计提供了途径。     

自由曲面测量点云数据的建模方法研究

本文提出了一种散乱点云数据的建模新方法。通过对点云数据进行空间三维划分，实现了边界信息的高效提取。采用局部曲面拟合方式得到位于截平面上的有序数据，使得无序的散乱数据形成了有序的阵列数据，实现了NURBS曲面的精确拟合。实验证明，该方法非常适合卷曲类模型的自由曲面重构，在某零件的测量、建模和加工中已经得到了实际应用。     

鞋楦曲面的逆向设计与数控加工

探讨了基于逆向工程的鞋模曲面设计方法,利用Laser-RE600型激光扫描系统采集了鞋模曲面的几何数据,将数据导入逆向软件Geomagic Studio中进行数据拼接、去噪和重新采样等处理,并将处理后的点云数据导入Pro/E软件中完成了鞋楦曲面的三维重构,最后利用Mastercam X4软件对鞋楦母模进行了NC仿真加工,为复杂零件的数字化逆向设计提供参考。     

基于特征的曲面钣金零件三维参数化造型研究

为了保证典型曲面钣金特征的数据信息不会随着曲率的不同而发生改变,提出了一种由程序驱动的基于特征的曲面钣金零件三维参数化造型技术。分析了复杂曲面钣金零件的基础模型建模要求,并在总结造型方法整体框架的基础上,给出了实体建模与三维参数化设计的具体实现方法。通过对曲面加强槽的三维参数化造型,验证了该方法的准确性与通用性。     

数字化加工软件系统的开发和研制

研究数字化加工软件系统的功能和总体框架，介绍数据处理的简要过程和步骤，讨论数据预处理，数据光顺、曲面拟合、刀具运动轨迹生成和三维实体加工仿真的方法，并贯穿论述三维图形点编辑在系统中的功能和作用。     

基于反求工程技术的零件再设计

针对与再设计零件电机机座有严格配合要求的手把外壳进行反求,利用Imageware和CATIA软件对三维扫描系统获取的点云数据进行曲面重构,然后以重构的曲面为参照,对其内部零件电机机座进行了再设计.通过反求与正向设计的结合,实现了对电机机座的再设计,并保证了与参照外壳的配合要求.     

虚拟现实系统头盔与数据手套的三维精确定向与定位系统与设计

讨论了一种新型的基于超声波测距的高精度三维定痊定向系统的原理与设计。这种三维定位定向系统采用波头计数与零交叉点检测的方法来提高超声波测距精度,并通过三角形方法来实现三点所在平面的位置与姿态。     

一种光学三维型面测量中的阴影去除方法

三维测量获得的点云数据一般须进行去噪处理以保证重构曲面的精度,光学三维测量中这些噪点主要是由阴影形成的,因此阴影去除的效果直接影响到反求工程的效率和精度.采用基于Gray-code投影的方法实现三维面型测量,根据Gray-code唯一、有序的特点,在测量过程中进行阴影处理,可以有效地去除阴影,从而去除测量结果中的噪点.该方法可以避免噪声,保证点云数据的准确性,为后续的曲面重构提供便利,在反求工程中具有重要的实用价值.     

Three-dimensional molecular distribution in single cells analysed using the digital imaging microscope

Cellular changes in molecular distribution are believed to underly a wide range of cell functions. In order to investigate changes in molecular distribution in single cells utilizing fluorescent probes we have developed a digital imaging microscope. The system, consisting of both hardware and software, automatically acquires 3-D data sets consisting of optical sections and then processes such data to facilitate the analysis of molecular distribution in single cells. The first major step in processing reverses distortion introduced principally by the optics of the fluorescent microscope. Various procedures for accomplishing this task are compared and a method based on regularization theory is shown to give superior results for several different 3-D images. Following this step features of interest are automatically extracted from 3-D images utilizing an artificial 3-D visual system. This artificial visual system utilizes a system of spatial filters to identify regional characteristics of images, the information obtained from these filters being used to identify and characterize clusters of molecules within the image. This information is then utilized to construct a 3-D graphical model of molecular distribution in single cells. Such models are displayed in 3-D and may be further analysed utilizing interactive 3-D computer graphics. These methods are illustrated by results obtained regarding alpha-actinin distribution in single smooth muscle cells.     

结构光三维重构中拼接技术的应用

采用结构光投影法,通过摄像机标定技术得到被测物体表面的三维点云数据。根据重构目标采用旋转平台拼接或者标志点拼接,将不同视角下测量所得到的点云数据转换到同一坐标系下。实验证明,旋转台拼接技术能较好的实现小型物体的三维拼接,而标志点拼接技术则更适合运用在大型物体的拼接。     

3-D measurement and evaluation of surface texture produced by scraping process

The scraping process involves traditional manual work and is an important technique for producing flat bearing surfaces with lubricating grooves on a sliding surface. In order to meet the requirements of precision engineering, the scraped surface should have an equally distributed pattern with a required number of high points per unit area while retaining good flatness. In the machine tool manufacturer’s workshop, however, the quality inspection of scraped surfaces still depends on human eyes. In this study, a 2-D evaluation system is first developed using image processing so that the peak points per area of square inch (PPI) and the percentage of points (POP) can be quantified as parameters. A vision-assisted laser focus probe system is then developed to measure the 3-D form of the scraped profiles. The laser probe is made of a DVD pickup head based on the astigmatic principle. Driven by an XY stage, the entire scraped profile can rapidly be scanned. The quality of the scraped surface can thus be interpreted in a more scientific manner. Based on the measured 3-D data, new evaluation methods are proposed for five parameters, namely the PPI, POP, height of points (HOP) or depth of surroundings (DOS), flatness, and oil retention volume. Experiments show that the 3-D system is consistent with the 2-D system. It not only reveals more surface quality parameters but also uncovers more characteristic surface phenomena than the 2-D image system.     

珠线式模板在Freehand超声图像快速 标定中的应用*

为了精确标定freehand超声图像坐标系与固定于超声探头上的跟踪设备坐标系间坐标转换关系,提出一种“Z”形珠线模板,由双层“Z”形棉线与精确定位的圆珠构成。定位珠能够引导用户将探头准确定位,即将定位珠全部收入图像视野中。计算定位珠在超声图像中成像点间距的比例关系,根据其相应的模板空间间距比例制定优化算法,校准用户拾取的图像坐标。应用同源点匹配算法得到超声图像平面坐标系与磁跟踪设备坐标系间的空间转换关系,从而实现2-D超声图像向3-D空间坐标系的定位转换。标定结果显示此方法与以往的标定方法相比：加快了标定速度,且标定精度与重建精度有所提高。试验采用磁定位方式进行探头的跟踪定位,此方法同样适用于其他定位方式。     

3维数据的置信区间及异常数据的修复

3维测量是逆向工程设计的数据来源,为此提出了用弦矢量法确定3维数据的置信区间,并对异常数据进行修复。利用3维曲面上某点相邻的点,求出该点的两个互相垂直的弦矢量,由此,曲面上的一个矩形区域的数据就构成了两个弦矢量阵列。对不等间距的弦矢量阵列进行了校正。对两个等效弦矢量阵列进行概率统计分析,即可确定该测量数据的置信区间。根据该置信区间对异常数据进行了修正。最后对两个目标实物的测量数据进行了分析,结果表明该方法对异常数据的修复是非常有效的。     

电容层析成像系统三维图像重建及其在两相流体积测量中的应用研究

探讨了电容层析成像系统中利用二维断层图像进行三维表面重建，并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建；最后利用三维图像求取两相流中离散相体积。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单，重建精度高，成像速率快，可以方便地观察离散相空间位置和计算出离散相体积。     

三维物体面形信息获取和实时处理系统

将干涉图处理方法引入基于结构光法的三维物体面形测量中,由此研制并设计了结构光信息采集和硬件处理系统。由于预先对结构光信息进行了特征提取,整个系统简单,计算机处理数据迅速。     

编码光三维重建中摄像机标定技术的应用

针对编码光三维重建测量系统中参数设定的可操作性不强和精度不高的问题进行了全面分析,由此引入一种操作简单且精度大大提高的摄像机标定技术．该标定采用理想小孔模型忽略摄像机镜头的非线性畸变．在已知一组三维空间特征点坐标及其对应的图像点坐标时,利用线性算法求解出透视换矩阵中的各个元素进而再次分解出系统所需的内外参数。该方法由于无需迭代,因此计算速度快,可高精度地实现系统所需参数的标定。