基于工业CT图像的产品CAD模型逆求

　　逆向工程是先进制造技术的一个重要分枝,已成为利用现有先进产品进行改型创新设计的一条有效途径。基于工业CT图像的产品模型逆求技术,主要是通过工业CT获得产品的二维切片图像序列,重建产品的三维CAD模型。其主要步骤包括:切片数据获取,切片图像的图像处理,切片间相邻边界的匹配,切片间相邻边界所在表面的表面识别以及CAD实体模型的重建。

　　切片图像的图像处理所用的图像处理技术包括图像滤波技术、图像分割技术、边界特征提取和识别技术,相对来说,是一门较为成熟的学科。因此,对基于工业CT图像的产品CAD模型逆求的研究主要致力于几何重构的思想、技术和算法上,这里,只讨论对切片间相邻边界的匹配、切片间相邻边界所在表面的表面识别和CAD实体模型的重建。

　　1　切片间相邻边界的配准

　　实现相邻截面轮廓边界的正确配准,是识别零件表面类型和三维重建的必要条件。图像配准的主要任务是在2幅图像之间建立起对应关系。医学断层图像的图像配准技术有很多,如Montgomery等人提出的方法[1]是将轮廓中心向相邻层作投影,若相邻层上某轮廓中心落在距投影点一定阀值范围内,即认为该2轮廓有匹配关系。这种方法只依靠轮廓所在的局部位置进行匹配,有可能产生较大的误差,且仅靠轮廓所在的局部位置是不足以完全保证断层间轮廓的正确配准。

　　洪泉等提出的方法[2]是基于切片的内部信息(各轮廓之间相互位置的信息),即利用生物体在系列切片层上的重心位置具有连续性这一规律,在相邻两切片层内寻找轮廓之间的匹配关系。该算法实际上是建立在相邻切片匹配轮廓的大小不发生较大变化的假设上,但机械零件的截面轮廓往往不满足这一假设,而且机械零件的截面轮廓会发生1对多个的匹配关系,所以该方法不大适合于机械零件断层图像轮廓的配准。

　　仅以轮廓本身的几何信息,如中心、重心、面积等特征参数难以保证断层间轮廓配准的正确性。通过对机械零件的断层切片的特性分析,作者提出了进行断层间材料域的配准,在2个配准材料域上进行由全局到局部、由粗到精的层次配准过程的边界配准。

　　1.1　材料域的配准

　　定义1:断层上由外环和内环所构成的封闭区域称为材料域。

　　定义2:称相邻2个断层上的2个材料域是连续的,如果在原型零件上这2个材料域之间充满着零件材料。

　　连续材料域也就是相配准的材料域,构造材料域和对材料域进行配准是后续表面识别、实体模型重构的基础。

　　材料域配准的原理是:设相邻切片层的2个材料域M1和M2在各自的图像上所占据的象素数为S1和S2,占据同一个象素位置的象素数为SC,则材料域M1和M2具有同一位置象素数的比率(称为共有比率)P1和P2为: