基于工业CT切片数据的STL建模方法研究与实现

摘要

在先进制造技术领域当中，基于工业CT切片图像的快速反求技术(ReverseEngineering，RE)已经成为当前的一个研究热点，本文重点在于研究由工业CT切片轮廓数据生成可直接为快速原型制造设备所能接受的 STL 格式数据。本文针对其涉及到的关键技术进行了研究，并通过软件实现。 首先，对工业CT切片图像进行了处理：选用中值滤波技术对本文切片图像进行平滑处理；采用适用于本文切片图像的基于灰度直方图的阈值分割方法；采用Canny算子对本文切片图像进行边缘检测；进行了轮廓提取及轮廓跟踪以获取切片的轮廓数据，并对提取的轮廓环进行内外环的判定，最后以.txt格式输出截面轮廓的三维坐标，为生成 STL 文件奠定了基础， 其次，介绍了 STL 文件生成的几项关键技术。在轮廓配准方面，采用基于轮廓层次编码的分层配准的断层间轮廓配准方法；针对工业CT测量的点云数据，应用基于曲率的算法进行点云精简；同时研究了层间三角面片填充的三种常用的算法，并根据本文需要选用并实现最大体积填充算法；端面三角划分时，将端面的轮廓环进行分组，再对每组环进行切分处理，使得每组环变成一个单一的外环，对单一的外环按Delaunay算法进行三角划分；针对生成的三角面片，应用Delaunay三角化的算法精简网格；将所生成的三角面片按规定的格式写入 STL 文件，生成可直接为快速原型制造所接受的STL 文件格式， 最后，开发了相应软件实现了上述功能，并与用造型软件重构出CAD模型后再转换为STL，文件的方法进行了比较。比较的结果说明，本文的方法是可行的，并可极大的缩短开发周期。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题意义

1.1.1反求工程思想介绍

1.1.2基于工业CT的反求思想的引出

1.2国内外研究现状

1.3课题来源

1.4本文研究的主要内容

2工业CT切片图像的处理

2.1图像平滑

2.2灰度图像的阈值分割

2.3边缘检测

2.3.1图像边缘检测简介

2.3.2本文所采用的边缘检测算子

2.4轮廓提取和轮廓跟踪

2.5内外环的判定

2.6输出象素坐标

2.7本章小结

3 STL文件生成的几项关键技术

3.1 STL格式

3.1.1 STL格式简介

3.1.2 STL格式遵循的规则

3.2轮廓配准

3.2.1图像配准简介

3.2.2常见的配准算法介绍

3.2.3针对ICT切片数据提出的材料域配准算法

3.3点云数据精简

3.3.1常见的点云精简算法

3.3.2根据曲率精简点云的算法

3.4层间三角面片填充

3.4.1基本原理

3.4.2几种层间填充方法

3.4.3本文所应用的层间填充算法

3.5层间三角面片填充时的处理方法

3.6端面的三角划分

3.6.1分组处理

3.6.2切分

3.6.3外环的三角形网格化

3.7三角网格优化以及精简

3.7.1网格优化

3.7.2常见的网格简化算法

3.7.3本文应用的三角形网格简化算法

3.8生成STL文件

3.9本章小结

4软件实现与实例验证

4.1系统概述

4.2系统开发环境

4.3系统功能分析

4.4系统需求分析

4.5系统结构设计

4.5.1系统功能结构流程图

4.5.2面向对象的软件开发过程

4.5.3系统数据结构

4.5.4系统类结构

4.5.5系统中主要函数介绍

4.6系统界面

4.7系统特性描述

4.8实例验证

4.8.1软件的使用

4.8.2实验结果对比

4.9本章小结

5总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

附 录