發(fā)布時間：2020-07-03 22:30

【摘要】：三維掃描儀主要的用途是創(chuàng)建物體幾何表面的點云(point cloud),這些點可用來插補處物體的表面形狀,越密集的點云可以創(chuàng)建越精確的模型(該過程稱為三維重構(gòu))。隨著社會發(fā)展,物質(zhì)文化的豐富,大眾對于個性化定制的需求愈加強烈。其中以身姿矯正為目的的定制化鞋墊頗為流行。為了滿足大眾需求和順應(yīng)當(dāng)下研究熱點,論文設(shè)計了一臺低成本、高精度的足底專用三維掃描儀(基于單目三角測量原理),用來獲取人足底面的三維點云數(shù)據(jù),并為3D打印機提供數(shù)據(jù)支持;另外編寫了配套使用的軟件,可以實時顯示足底三維點云數(shù)據(jù)圖。足底專用三維掃描儀在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計制作時,借鑒已有掃描儀并根據(jù)使用特點進行了優(yōu)化。在進行圖像采集處理時,先使用了一種可以很好細(xì)化激光帶的鄰域濾波方式(采用3*3濾波窗口),之后再用灰度重心法提取激光帶上像點位置。采集完成獲得的足底點云圖顯示效果較好,精度較高。足底專用三維掃描儀,掃描測量時存在多種誤差來源。為了提高點云數(shù)據(jù)精度和對細(xì)節(jié)特征的顯示,論文針對掃描儀的誤差進行了研究。目前針對掃描儀誤差的分析研究方向較多,各有不同。為提高Z_W方向測量精度,論文選擇針對激光帶平面垂直度誤差進行分析、測量及校準(zhǔn)工作。實驗估測出了激光帶平面偏角θ,為測量數(shù)據(jù)在Z_W方向上的精確校準(zhǔn)提供了依據(jù)。其間,主要工作為制作了高精度階梯標(biāo)準(zhǔn)件,配合三坐標(biāo)測量機,實現(xiàn)了簡單實驗條件下的高精度誤差分析。針對測量數(shù)據(jù)良好的連續(xù)性精度,定義了附加標(biāo)定誤差e,展開分析研究,并成功給出誤差矯正的系統(tǒng)方法和矯正公式。并由測量矯正結(jié)果的驗證來看,誤差可以達(dá)到±0.06mm,矯正較為成功�？梢缘贸鼋Y(jié)論,設(shè)計的足底專用三維掃描儀以較為簡易的硬軟件設(shè)計精確地提供了人足底面的三維信息。獲得精確的足底三維點云數(shù)據(jù)后需要進行最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理——三維重構(gòu)。三維重構(gòu)可理解為曲線曲面的擬合,以三角剖分為特點的復(fù)雜曲面快速開發(fā)重構(gòu)手段在各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。論文借鑒相關(guān)最新的文獻資料,提出一種基于點云深度特征的細(xì)節(jié)三角剖分方法。詳細(xì)介紹了以線激光掃描為基礎(chǔ)的足底點云數(shù)據(jù)的重構(gòu)過程,首先對帶狀數(shù)據(jù)點分段處理,設(shè)定閾值補充漏點、刪除無用段;接著以8-鄰接域法為主尋找邊界點并排序連接構(gòu)成閉合曲線;再對帶狀數(shù)據(jù)點進行Savitzky-golay濾波;最后根據(jù)數(shù)據(jù)二維網(wǎng)格形式的拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建四邊形網(wǎng)絡(luò),使用提出的細(xì)節(jié)三角剖分方法進行面片分割。實驗證明給出的曲面重構(gòu)方法響應(yīng)迅速,展示的邊界與內(nèi)部細(xì)節(jié)特征明顯�？傮w而言,足底專用三維掃描儀先后設(shè)計制作兩次已經(jīng)能夠滿足課題的研究初衷。經(jīng)過結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化,測量矯正以及后續(xù)的針對性數(shù)據(jù)處理,其測量使用已經(jīng)足夠穩(wěn)定;多次測量足模足弓系數(shù),波動范圍在0.01以內(nèi),重復(fù)精度高;生成的足底病理分析報告內(nèi)容較為豐富,使用價值較高,在醫(yī)學(xué)上,能為患者身姿的矯正做出一定可行性建議和貢獻。但足底三維掃描儀不足之處依然存在,為更好與團隊后期設(shè)計制作的3D打印機良好配行工作,仍需后續(xù)的不斷改進。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TH122

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