專利名稱：一種用于水火彎板曲面擬合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理和三維建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于船體水火彎板曲面 擬合的方法。
背景技術(shù)：
船舶是一種極為復(fù)雜的大型水上建筑物，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和訂單的多樣性決定了其 制造過程的特殊性。各種船體的外表面大都是由復(fù)雜的不可展空間曲面構(gòu)成，把鋼板加工 成這樣的曲面，形成所需的三維曲面形狀，工藝非常復(fù)雜。目前，國內(nèi)外船廠都采用水火彎 板技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)工藝。水火彎板是一種非常復(fù)雜的船體外板加工工藝。不同形狀的外板， 其加工過程也一定不同。尤其對(duì)于一些縱向曲度大的板，很難一次加工成型，需要二次加 工。在二次加工之前，需要根據(jù)水火彎板智能機(jī)器人對(duì)鋼板表面測(cè)得的數(shù)據(jù)，構(gòu)造出CAD船 體模型。而將這些船體模型和設(shè)計(jì)表征用于分析和制造，必須對(duì)重構(gòu)模型特征參數(shù)的調(diào)整 和修改來達(dá)到對(duì)船體模型的逼近或修改，以滿足后序的要求。構(gòu)造CAD船體模型的關(guān)鍵是采集實(shí)際加工的船體曲面上的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后 利用這些三維點(diǎn)進(jìn)行曲面的逼近擬合。其中的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集主要用到圖像的三維重建 技術(shù)。目前的曲面擬合算法大致可以分為3種網(wǎng)格類方法、參數(shù)類方法和隱式類方法。最 小二乘技術(shù)是隱式類擬合的典型方法。最小二乘技術(shù)是采用最小剩余誤差的平方和作為約 束條件，求取目標(biāo)函數(shù)的多個(gè)參數(shù)，從而確定擬合的曲面。但是，現(xiàn)有傳統(tǒng)的三維建模方法 如模型軟件或者激光掃描儀等，大都具有成本高，自動(dòng)化程度低和采集點(diǎn)與曲面上的點(diǎn)偏 差大燈缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述傳統(tǒng)三維建模方法所存在的不足，本發(fā)明提供一種用于船體水火彎板曲 面擬合的方法，該方法通過CCD相機(jī)拍攝二維圖像，根據(jù)相機(jī)內(nèi)外參數(shù)將二維圖像點(diǎn)變成 三維坐標(biāo)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的三維建模方法相比，具有成本低、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，且變換后得 到的采集點(diǎn)與曲面上的點(diǎn)偏差較小。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種用于水火彎板曲面擬合的方法，包括以下步驟
1)三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集，用相機(jī)拍攝待彎板的2D圖像；
2)對(duì)2D圖像進(jìn)行預(yù)處理，找到感興趣區(qū)域，通過灰度域值法從圖像中分割出目標(biāo)區(qū)
域；
3)獲取3D數(shù)據(jù)點(diǎn)，在目標(biāo)區(qū)域中提取待彎板曲面的二維輪廓信息，結(jié)合相機(jī)的內(nèi)部參 數(shù)和待彎板曲面的二維輪廓信息，計(jì)算待彎板曲面的三維形態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)；
4)確定三維數(shù)據(jù)APiUi,ft,Zi )到曲面f(x，y，ζ)的垂直距離屯，在曲面上找到一點(diǎn) Pi，(Xi^yiSzl')，使得點(diǎn) PiOci,)與點(diǎn) Pi’)平行于點(diǎn) Pi’ (攻,劣，2丨)處的法矢量Wdi的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1. 一種用于水火彎板曲面擬合的方法，其特征在于包括以下步驟1)三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集，用相機(jī)拍攝待彎板的2D圖像；2)對(duì)2D圖像進(jìn)行預(yù)處理，找到感興趣區(qū)域，通過灰度域值法從圖像中分割出目標(biāo)區(qū)域；3)獲取3D數(shù)據(jù)點(diǎn)，在目標(biāo)區(qū)域中提取待彎板曲面的二維輪廓信息，結(jié)合相機(jī)的內(nèi)部參 數(shù)和待彎板曲面的二維輪廓信息，計(jì)算待彎板曲面的三維形態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)；4)確定三維數(shù)據(jù)APiUi,A, Z1 )到曲面f(x，y，ζ)的垂直距離屯，在曲面上找到一點(diǎn) Pi' (x(，Z1')，使得點(diǎn) Pi (Xi,yt,Z1 )與點(diǎn) Pi' (n;，y;,Z1')平行于點(diǎn) Pi' (χ;，y(,< )處的法矢量7F，Cli 的計(jì)算公式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水火彎板曲面擬合的方法，其特征在于所述步驟2)中 對(duì)2D圖像進(jìn)行預(yù)處理還包括用圖像濾波的方法進(jìn)行平滑處理，去除噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水火彎板曲面擬合的方法，其特征在于所述相機(jī)為CCD 相機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水火彎板曲面擬合的方法，其特征在于所述CCD相機(jī) 的數(shù)量為兩臺(tái)，分別在不同角度進(jìn)行拍攝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于水火彎板曲面擬合的方法，包括以下步驟1)三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集；2)對(duì)2D圖像進(jìn)行預(yù)處理；3)獲取3D數(shù)據(jù)點(diǎn)；4)確定三維數(shù)據(jù)點(diǎn)到曲面的垂直距離；5)確定目標(biāo)函數(shù)；6)對(duì)垂直距離函數(shù)進(jìn)行泰勒展開，利用展開式對(duì)未知參數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)，對(duì)偏導(dǎo)方程進(jìn)行條件約束，求取目標(biāo)函數(shù)中的未知參數(shù)，從而確定目標(biāo)函數(shù)，擬合待彎板曲面；7)獲得曲面模型。本發(fā)明與傳統(tǒng)的三維建模方法相比，具有成本低、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，且變換后得到的采集點(diǎn)與曲面上的點(diǎn)偏差較小。
文檔編號(hào)G06T17/30GK102129716SQ20111004883
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者潘敏, 程良倫, 薛航, 黃曼 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)