工业CT扫描模型与原始模型粗配准方法的研究.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第４期倡工业CT扫描模型与原始模型粗配准方法的研究１２张荣，王侃（１重庆工程职业技术学院机械工程学院，重庆４０００３７；２重庆大学ＩＣＴ研究中心，重庆４０００３０）摘要：在利用工业ＣＴ对产品进行检测过程中，扫描重建模型并与产品原始模型进行配准是其中一个关键步骤。经典的主成分分析方法在粗配准中存在主方向不确定的问题，可能导致配准失败，为此，提出了主方向的修正方法。首先利用经典主成分分析方法得到配准结果，再求出两模型形心与质心的位置关系矢量，通过分析各

2、种反向情况中该矢量的投影特征，判断配准结果是否存在反向问题，并通过计算旋转轴线来修正模型方向。开发了粗配准实验软件，对改进后的方法进行了实验，实际应用验证了该方法可以有效解决使用主成分分析法配准时产生的模型反向问题。关键词：粗配准；主成分分析；工业ＣＴ中图分类号：ＴＰ３９１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０４—０１１７—０６ResearchonroughregistrationalgorithmbetweenindustrialCTscanningmodelandoriginalmodel１２ＺｈａｎｇＲｏｎｇ，ＷａｎｇＫａｎ（１

3、ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３７，Ｃｈｉｎａ；２ＩＣＴＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｓｃａｎｏｆｔｈｅｒｅｂｕｉｌｔｍｏｄｅｌａｎｄｏｒｉｇｉｎａｌｐｒｏｄｕｃｔｍｏｄｅｌｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｓｔｅｐｓｆｏｒｔｈｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｗｈｅｎｓｃａｎｎｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄ-ｕｃｔｂｙｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒ

4、ｉａｌＣＴ．ＴｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｍａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｅｘｉｓｔｅｄｉｎｔｈｅｒｏｕｇｈｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＰｒｉｎｃｉ-ｐａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ），ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅ．Ｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｍａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ．ＦｉｒｓｔｌｙａｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｗａｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔｂｙＰＣＡ，ｔｈｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉ

5、ｖｅｖｅｃｔｏｒｆｒｏｍｍｏｄｅｌｃｅｎｔｒｏｉｄｔｏｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｅｎｔｅｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒｉｎｅａｃｈｒｅｖｅｒｓｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｒｅｗａｓｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅｐｒｏｂｌｅｍｏｒｎｏｔｆｏｒｔｈｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗａｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔｂｙｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｘｉｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ

6、ｆｏｒｔｈｅｒｏｕｇｈｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｍａｋｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ＩｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｂｙＰＣＡ．Keywords：ｒｏｕｇｈｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ；ＰｒｉｎｃｉｐａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ）；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌＣＴ精配准提供良好的初始条件。０引言常用的粗配准方法主要有三点对齐法、最小包工业计算机断层扫描（Ｃｏｍｐｕ

7、ｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＣＴ）围盒法、遗传算法和主成分分析（ＰｒｉｎｃｉｐａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔ［２］［３］技术能以图像形式准确反映工件内外部情况，且不受Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＰＣＡ）法等。三点对齐法不仅会引入工件复杂程度的影响，目前已成为检测复杂产品（特人工操作的误差、不能保证配准结果，而且无法实现［１］［４］别是含有内腔的产品）的重要手段。由于工业ＣＴ自动配准。最小包围盒法仅利用了模型的外部轮对产品进行扫描时有其独立的坐标系，导致重建的三廓数据，对内部结构不敏感，在配准由工业ＣＴ图像维数字化模型坐标系不同于产品原始三维ＣＡＤ模型重建的模型时，容易忽

8、略工件内部关键结构，导致粗［５］的坐标系，因此在对这两个模型进行比对分析时，必配准成功率较低。