1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心，重庆 400044
2 重庆大学机械与运载工程学院，重庆 400044
3 重庆大学光电工程学院，重庆 400044
针对X射线扫描得到的工业CT图像重建三角网格模型存在尖锐特征丢失、狭长三角形和三角面片数量多等问题，提出一种自适应三维网格模型重建算法。首先对图像进行预处理；其次采用八叉树结构确定体元；然后利用二次误差函数（QEF）构建自适应八叉树；最后剖分四边形生成三角网格。使用立方体数据和两组实际扫描的CT数据对所提算法的性能进行验证分析，实验结果表明：所提算法在简化网格的同时仍能保持物体的尖锐特征，减少了狭长三角形的数量。利用所提算法生成三角网格模型的简化率可达90%，简化后网格质量大于0.3的三角网格平均占比为99%，有效地提高了由工业CT图像重建三角网格模型的质量。
X射线光学 工业CT图像 三维重建 三角网格 自适应八叉树
1 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学光电工程学院, 重庆 400044
3 重庆大学机械与运载工程学院, 重庆 400044
针对现有非局部均值算法降噪后的计算机断层扫描(CT)图像仍存在边缘模糊、细小特征信息消失等问题,提出一种特征融合的自适应非局部均值降噪方法。首先对中心像素进行相似性判断以排除非相似像素加权对降噪效果的影响;然后从相似框矩阵最大特征值与像素间欧氏距离方面考虑图像的自相似性,提出一种特征融合的高斯加权方法;基于结构张量对自适应滤波系数进行上下确界约束,解决了因目前滤波系数下确界为零而影响图像质量的问题。通过仿真和实际应用证明本文算法具有更好的保边缘和细节信息效果,本文算法相较于非局部均值算法在结构相似度上平均提高了约4%,而峰值信噪比平均提高了近4 dB。
光学学报
2022, 42(11): 1134024
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学机械工程学院, 重庆 400044
针对基于工业计算机断层成像(CT)图像的逆向设计存在定量分析难、自动化程度低及需要中间环节转化的问题,提出了一种将工业CT图像直接转换为三角网格有限元模型的方法。对CT图像进行轮廓识别后生成有限元模型的内外边界,根据图像像素点坐标信息将图像划分为若干单元,然后采用改进的三角剖分方法生成初始三角网格有限元模型,并对初始有限元模型进行了优化。结果表明,生成的三角网格最大边长比为1~2,最大扭曲角度数为0°~2°,网格质量满足实际工程应用需求的评价标准。并在样件、汽缸头模型上进行了实验,实验结果证明了该方法的可行性。
成像系统 工业计算机断层成像 三角网格 有限元模型 光学学报
2021, 41(14): 1411002
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心, 重庆400044
2 重庆大学 机械工程学院, 重庆400044
3 中国科学院 重庆绿色智能技术研究院, 重庆400044
针对处理大数据量的三角网格模型会给计算机带来较大压力的问题, 本文提出了一种基于遗传算法的三角形折叠简化方法。先求取三角形重心, 用重心的三个坐标值与初始化的三个步长进行计算, 得到新点坐标, 重复多次得到顶点种群, 利用遗传算法求取适应度值最小点, 修正后得到最优折叠点, 最后依照简化误差对三角形排序并根据输入的简化比进行折叠简化。本文方法的适应度函数采用简化误差和三角形规范化系数之商。采用本文方法对花朵和瓶子的三角网格模型进行简化, 体积变化率分别为0.010 6%和0.2%, 规范化系数分别提高了11.0%和4.56%, 优于其他方法。实验结果表明本文方法在有效简化模型的同时, 既能保形又能提升三角形的质量。
网格简化 三角形折叠 遗传算法 三角形质量 mesh simplification triangle collapsing genetic algorithm triangular quality
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400044
部分三角网格模型因数据量庞大而导致其不便于存储、分析和显示, 本文提出了一种结合网格精细化方法的三角形折叠网格简化算法以解决此问题。首先通过3网格细分法确定待折叠三角形三个顶点的修正坐标, 并根据修正坐标初步确定折叠点位置, 然后引入折叠点的拉普拉斯坐标和原三角形法向信息来更新折叠点位置, 最后由三角形折叠后该区域的体积误差和被折叠三角形的平展度共同确定折叠代价, 从而使网格优先从较为平坦和特征点较少的区域开始依次进行三角形折叠简化。对多个模型进行了实验测试和数据分析, 结果表明该方法能够有效精简网格数据, 与3个不同类型的简化方法相比, 该方法的简化效率最高, 而且能有效保持原网格模型的几何特征并控制简化三角形的质量。
网格简化 三角形折叠 拉普拉斯坐标 3细分法 mesh simplification triangle collapse Laplacian coordinate 3 subdivision method
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室 ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学 工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
3 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司, 黑龙江 齐齐哈尔 161000
为了提高基于工业CT图像重构的三角网格质量，提出了顶点调整和特征因子相结合的网格规范化算法。引入模型特征因子和局部网格质量提高程度作为网格调整的控制条件，保留原始模型的局部细节特征; 采用法矢量阈值按规律递增的方式自适应控制网格调整，实现不同曲率特征的自动识别。实验结果表明，与现有方法相比，该方法能更好地规范模型的三角网格，同时保留了原始模型的细节特征。
工业CT 网格规范化 网格优化 保特征 industrial computed tomography mesh regularization mesh optimization feature preserving 强激光与粒子束
2016, 28(2): 024001
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室 ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学 工业CT无损检测教育部工程研究中心,重庆 400044
3 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司, 齐齐哈尔 161000
针对用工业CT切片图像直接重构得到的网格模型质量不高的问题，提出一种不受拓扑结构限制的隐式曲面重构全局优化方法。该方法将三维表面模型用隐式函数来表示，通过模型提供的点云信息计算出隐式函数，提取等值面，实现曲面重构。针对隐式曲面重构数据处理量大的问题，引入FFTW快速傅里叶变换来提高效率。实验结果表明，该方法能够同时实现三角网格模型的去噪、网格平滑、简化以及孔洞修补，与保特征的均匀化网格平滑算法相比，去噪效果更好，效率更高。
工业CT 网格平滑 网格去噪 孔洞修补 特征保持 industrial CT mesh smoothing mesh denoising hole repairing feature preserving 强激光与粒子束
2015, 27(12): 124002
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400044
对基于工业CT图像重构的网格模型进行网格简化时,大多数现有网格模型简化算法会丢失特征，出现网格质量不好的问题。因此提出一种网格模型保特征简化方法，该方法用三角形折叠法对原始模型进行简化，当简化后模型的平均二面角角度误差达到允许误差后，再使用边折叠法对模型进行简化。在三角形折叠法中提出了利用被折叠三角形的法向量、各个顶点的高斯曲率及其在周边三角形上的投影确定该三角形的折叠点，利用局部体积误差与二面角角度误差的无因次化和确定折叠代价的方法;在边折叠法中提出了将二面角角度误差引入到二次误差测度(QEM)法的折叠代价中的改进QEM法。实验结果表明：与其他算法相比，该方法能够生成保特征、高质量、低几何误差的网格模型。
工业CT 网格简化 三角形折叠 边折叠 特征保持 industrial CT mesh simplification triangle collapse edge collapse feature preserving 强激光与粒子束
2014, 26(11): 114004
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室 ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400044
由CT切片数据重建得到的三角网格模型常存在数据量大、狭长三角形多等问题，针对这些问题，研究了一种保持特征的高质量三角网格模型的简化优化方法。该方法分为网格简化和网格优化两个阶段。首先，采用基于曲面变化的二次误差度量计算边折叠代价，并按代价值的大小进行迭代的折叠简化，可较好地保持模型表面的特征；其次，通过二阶加权伞算子对简化模型中局部存在的狭长三角形进行优化处理，改善三角网格模型的质量。实验结果表明，该方法能够较好地保持特征区域的细节信息，并可靠地生成高质量、低几何误差的简化模型。
逆向工程 网格简化 网格优化 边折叠 二次误差度量 伞算子 reverse engineering mesh simplification mesh optimization edge collapse quadric error metric umbrella operator 强激光与粒子束
2014, 26(5): 059006
