1逆向工程關(guān)鍵技術(shù)-wenkub
2023-07-10 05:17:11 本頁(yè)面
【正文】 遮擋輪廓恢復(fù)形狀方法通常由相機(jī)標(biāo)定、遮擋輪廓提取以及物體與輪廓間的投影相交三個(gè)步驟完成，而且遮擋輪廓恢復(fù)形狀方法在實(shí)現(xiàn)時(shí)僅涉及基本的矩陣運(yùn)算，因此具有運(yùn)算速度快、計(jì)算過(guò)程穩(wěn)定、可獲得物體表面致密點(diǎn)集的優(yōu)點(diǎn)。利用圖像平面上將物體與背影分割開來(lái)的遮擋輪廓信息來(lái)重構(gòu)表面，稱為遮擋輪廓恢復(fù)形狀。 立體視覺原理圖 一個(gè)完整的立體視覺系統(tǒng)通常由圖像獲取、攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取、立體匹配、深度確定和內(nèi)插6部分組成。立體視覺又稱為雙目視覺或機(jī)器視覺，其基本原理是從兩個(gè)（或多個(gè)）視點(diǎn)觀察同一景物，以獲取不同視角下的感知圖像，通過(guò)三角測(cè)量原理計(jì)算圖像像素間的位置偏差（即視差）來(lái)獲取景物的三維信息，這一過(guò)程與人類視覺的立體感知過(guò)程是類似的。一般常用的非接觸式測(cè)量方法分為被動(dòng)視覺和主動(dòng)視覺兩大類。計(jì)算機(jī)斷層掃描X射線法激光三角法激光測(cè)距法非接觸式結(jié)構(gòu)光法光學(xué)法圖像分析法 超聲波法聲波法核磁共振法磁學(xué)法機(jī)關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)CMM激光追蹤層析法組合式接觸式逆向工程數(shù)據(jù)采集方法 逆向工程數(shù)據(jù)采集方法分類隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CMM也由以前的機(jī)械式發(fā)展為目前的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）型的高級(jí)階段。 在接觸式測(cè)量方法中，CMM是應(yīng)用最為廣泛的一種測(cè)量設(shè)備；CMM通常是基于力變形原理，通過(guò)接觸式探頭沿樣件表面移動(dòng)并與表面接觸時(shí)發(fā)生變形，檢測(cè)出接觸點(diǎn)的三維坐標(biāo)，按采樣方式又可分為單點(diǎn)觸發(fā)式和連續(xù)掃描式兩種。根據(jù)測(cè)量探頭是否和零件表面接觸，逆向工程中物體表面數(shù)字化三維數(shù)據(jù)的采集方法基本上可以分為接觸式(Contact)和非接觸式（Noncontact）兩種。 逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù) 數(shù)據(jù)采集技術(shù) 目前，用來(lái)采集物體表面數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備和方法多種多樣，其原理也各不相同。 接觸式包括三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machining，CMM）和關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)；而非接觸式主要有基于光學(xué)的激光三角法、激光測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光法、圖像分析法以及基于聲波、磁學(xué)的方法等。CMM對(duì)被測(cè)物體的材質(zhì)和色澤沒有特殊要求，可達(dá)到很高的測(cè)量精度（177。目前，智能化是CMM發(fā)展的方向。被動(dòng)式方法中無(wú)特殊光源，只能接收物體表面的反射信息，因而設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，可用于戶外和遠(yuǎn)距離觀察中，特別適用于由于環(huán)境限制不能使用特殊照明裝置的應(yīng)用場(chǎng)合，但算法較復(fù)雜；主動(dòng)方法使用一個(gè)專門的光源裝置來(lái)提供目標(biāo)周圍的照明，通過(guò)發(fā)光裝置的控制，使系統(tǒng)獲得更多的有用信息，降低問(wèn)題難度。，其中P是空間中任意一點(diǎn)，CC2是兩個(gè)攝像機(jī)的焦點(diǎn)，類似于人的雙眼，PP2是P點(diǎn)在兩個(gè)成像面上的像點(diǎn)。由于它直接模擬了人類視覺的功能，可以在多種條件下靈活地測(cè)量物體的立體信息；而且通過(guò)采用高精度的邊緣提取技術(shù)，可以獲得較高的空間地位精度（相對(duì)誤差為1%~2%），因此在計(jì)算機(jī)被動(dòng)測(cè)距中得到廣泛應(yīng)用。將視點(diǎn)與物體的遮擋輪廓線相連，即可構(gòu)成一個(gè)視錐體。缺點(diǎn)是精度較低，難以達(dá)到工程實(shí)用的要求，目前多用于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)模型、網(wǎng)上展示等場(chǎng)合，而且該方法無(wú)法應(yīng)用于某些具有凹陷表面的物體。主動(dòng)視覺是指測(cè)量系統(tǒng)向被測(cè)物體投射出特殊的結(jié)構(gòu)光，通過(guò)掃描、編碼或調(diào)制，結(jié)合立體視覺技術(shù)來(lái)獲得被測(cè)物體的三維信息。由激光發(fā)出的光束，經(jīng)過(guò)一組改變方向的反射鏡組成的掃描裝置變向后，投射到被測(cè)物體上。激光三角法具有測(cè)量速度快，而且可達(dá)到較高的精度（177。入射光線P照射到參考平面上的A點(diǎn)，放上被測(cè)物體后，P照射到物體上的B點(diǎn)，此時(shí)從圖示方向觀察，A點(diǎn)就移動(dòng)到新的位置C點(diǎn)，距離AC就攜帶了物體表面的高度信息Z=h（x,y），即高度受到了表面形狀的調(diào)制?？偟膩?lái)說(shuō)，精度與速度是數(shù)字化方法最基本的指標(biāo)。從表中可以清楚的看出，每一種測(cè)量方法都有其優(yōu)勢(shì)與不足，在實(shí)際測(cè)量中，兩種測(cè)量技術(shù)的結(jié)合將能夠?yàn)槟嫦蚬こ處?lái)很好的彈性，有助于逆向工程的進(jìn)行。其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理、圖形學(xué)、計(jì)算幾何、測(cè)量和數(shù)控加工等眾多交叉學(xué)科和工程領(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界，尤其是CAD/CAM領(lǐng)域廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)和難度問(wèn)題。當(dāng)前，市場(chǎng)上提供了逆向建模功能的系統(tǒng)達(dá)數(shù)十種之多，較具代表性的有EDS公司的Imageware Geomagic 公司的Geomagic Studio、Paraform公司的Paraform、PTC公司的ICEM Surf、DELCAM公司的CopyCAD軟件以及國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)的ReSoft等。2) 根據(jù)CAD系統(tǒng)建模特點(diǎn)與策略分類根據(jù)CAD系統(tǒng)提供方式的分類多少顯得有些籠統(tǒng)，難以為逆向軟件的類型提供更為明確的指導(dǎo)，因?yàn)槟嫦駽AD建模通常都是曲面模型的構(gòu)建，對(duì)CAD系統(tǒng)的曲面、曲面處理功能要求較高，其分類沒有這方面的信息。（1） 曲線擬合法，該方法先將測(cè)量點(diǎn)擬合成曲線，再通過(guò)曲面造型的方式將曲線構(gòu)建成曲面（曲面片），最后對(duì)各曲面片直接添加過(guò)渡約束和拼接操作完成曲面模型的重建。該方式下提供了兩種基本建模思路：一是由點(diǎn)直接到曲面的建模方法，這種方法是在對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行區(qū)域分割后，直接應(yīng)用參數(shù)曲面片對(duì)各個(gè)特征點(diǎn)云進(jìn)行擬合，以獲得響應(yīng)特征的曲面基元，進(jìn)而對(duì)各曲面基元進(jìn)行處理，獲得目標(biāo)重建曲面，（a）所示：二是由點(diǎn)到曲線再到曲面的建模方法，這種方法是在用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建的特征曲線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)曲面造型，而后通過(guò)響應(yīng)的處理以獲得目標(biāo)重建曲面的建模過(guò)程，（b）所示。一個(gè)完整的網(wǎng)格化處理過(guò)程通常包括以下步驟：首先，從點(diǎn)云中重建三角網(wǎng)格曲面，再對(duì)這個(gè)三角網(wǎng)格曲面分片，得到一系列有四條邊界的子網(wǎng)格曲面；然后，對(duì)這些子網(wǎng)格逐一參數(shù)化；最后，用NURBS曲面片擬合每一片子網(wǎng)格曲面，得到保持一定連續(xù)性的曲面樣條，由此得到用N
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