一种用于水火弯板曲面拟合的方法技术

本发明专利技术提供一种用于水火弯板曲面拟合的方法，包括以下步骤：1）三维数据点的采集；2）对2D图像进行预处理；3）获取3D数据点；4）确定三维数据点到曲面的垂直距离；5）确定目标函数；6）对垂直距离函数进行泰勒展开，利用展开式对未知参数求偏导数，对偏导方程进行条件约束，求取目标函数中的未知参数，从而确定目标函数，拟合待弯板曲面；7）获得曲面模型。本发明专利技术与传统的三维建模方法相比，具有成本低、自动化程度高等特点，且变换后得到的采集点与曲面上的点偏差较小。

A method for surface fitting of water heating curved plates

The present invention provides a method for lineheating surface fitting, which comprises the following steps: 1) 3D data acquisition; 2) for 2D image preprocessing; 3) to obtain 3D data; 4) to determine the three-dimensional data points to the vertical distance from the surface; 5) to determine the objective function; 6) of the vertical the distance function using Taylor expansion, expansion of the partial derivative of the unknown parameters, constraints on the partial derivative equation, calculate the unknown parameters in the objective function, so as to determine the objective function for fitting curved plate surface; 7) to obtain surface model. Compared with the traditional three-dimensional modeling method, the invention has the advantages of low cost and high automation degree, and the point of the obtained acquisition point and the surface is smaller than that of the traditional three-dimensional modeling method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理和三维建模
，尤其涉及一种用于船体水火弯板曲面 拟合的方法。
技术介绍
船舶是一种极为复杂的大型水上建筑物，结构的复杂性和订单的多样性决定了其 制造过程的特殊性。各种船体的外表面大都是由复杂的不可展空间曲面构成，把钢板加工 成这样的曲面，形成所需的三维曲面形状，工艺非常复杂。目前，国内外船厂都采用水火弯 板技术来实现这项工艺。水火弯板是一种非常复杂的船体外板加工工艺。不同形状的外板， 其加工过程也一定不同。尤其对于一些纵向曲度大的板，很难一次加工成型，需要二次加 工。在二次加工之前，需要根据水火弯板智能机器人对钢板表面测得的数据，构造出CAD船 体模型。而将这些船体模型和设计表征用于分析和制造，必须对重构模型特征参数的调整 和修改来达到对船体模型的逼近或修改，以满足后序的要求。构造CAD船体模型的关键是采集实际加工的船体曲面上的三维数据点，然后 利用这些三维点进行曲面的逼近拟合。其中的三维数据点的采集主要用到图像的三维重建 技术。目前的曲面拟合算法大致可以分为3种网格类方法、参数类方法和隐式类方法。最 小二乘技术是隐式类拟合的典型方法。最小二乘技术是采用最小剩余误差的平方和作为约 束条件，求取目标函数的多个参数，从而确定拟合的曲面。但是，现有传统的三维建模方法 如模型软件或者激光扫描仪等，大都具有成本高，自动化程度低和采集点与曲面上的点偏 差大灯缺点。
技术实现思路
针对上述传统三维建模方法所存在的不足，本专利技术提供一种用于船体水火弯板曲 面拟合的方法，该方法通过CCD相机拍摄二维图像，根据相机内外参数将二维图像点变成 三维坐标点，与传统的三维建模方法相比，具有成本低、自动化程度高等特点，且变换后得 到的采集点与曲面上的点偏差较小。本专利技术的技术解决方案为，包括以下步骤1)三维数据点的采集，用相机拍摄待弯板的2D图像；2)对2D图像进行预处理，找到感兴趣区域，通过灰度域值法从图像中分割出目标区域；3)获取3D数据点，在目标区域中提取待弯板曲面的二维轮廓信息，结合相机的内部参 数和待弯板曲面的二维轮廓信息，计算待弯板曲面的三维形态数据点；4)确定三维数据APiUi,ft,Zi )到曲面f(x，y，ζ)的垂直距离屯，在曲面上找到一点 Pi，(Xi^yiSzl')，使得点 PiOci,)与点 Pi’)平行于点 Pi’ (攻,劣，2丨)处的法矢量Wdi的计算公式为权利要求1. ，其特征在于包括以下步骤1)三维数据点的采集，用相机拍摄待弯板的2D图像；2)对2D图像进行预处理，找到感兴趣区域，通过灰度域值法从图像中分割出目标区域；3)获取3D数据点，在目标区域中提取待弯板曲面的二维轮廓信息，结合相机的内部参 数和待弯板曲面的二维轮廓信息，计算待弯板曲面的三维形态数据点；4)确定三维数据APiUi,A, Z1 )到曲面f(x，y，ζ)的垂直距离屯，在曲面上找到一点 Pi' (x(，Z1')，使得点 Pi (Xi,yt,Z1 )与点 Pi' (n;，y;,Z1')平行于点 Pi' (χ;，y(,< )处的法矢量7F，Cli 的计算公式为2.根据权利要求1所述的用于水火弯板曲面拟合的方法，其特征在于所述步骤2)中 对2D图像进行预处理还包括用图像滤波的方法进行平滑处理，去除噪声。3.根据权利要求1所述的用于水火弯板曲面拟合的方法，其特征在于所述相机为CCD 相机。4.根据权利要求3所述的用于水火弯板曲面拟合的方法，其特征在于所述CCD相机 的数量为两台，分别在不同角度进行拍摄。全文摘要本专利技术提供，包括以下步骤1)三维数据点的采集；2)对2D图像进行预处理；3)获取3D数据点；4)确定三维数据点到曲面的垂直距离；5)确定目标函数；6)对垂直距离函数进行泰勒展开，利用展开式对未知参数求偏导数，对偏导方程进行条件约束，求取目标函数中的未知参数，从而确定目标函数，拟合待弯板曲面；7)获得曲面模型。本专利技术与传统的三维建模方法相比，具有成本低、自动化程度高等特点，且变换后得到的采集点与曲面上的点偏差较小。文档编号G06T17/30GK102129716SQ20111004883公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日专利技术者潘敏, 程良伦, 薛航, 黄曼 申请人:广东工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于水火弯板曲面拟合的方法，其特征在于包括以下步骤：１）三维数据点的采集，用相机拍摄待弯板的２Ｄ图像；２）对２Ｄ图像进行预处理，找到感兴趣区域，通过灰度域值法从图像中分割出目标区域；３）获取３Ｄ数据点，在目标区域中提取待弯板曲面的二维轮廓信息，结合相机的内部参数和待弯板曲面的二维轮廓信息，计算待弯板曲面的三维形态数据点；４）确定三维数据点Ｐｉ（ｘｉ，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，）到曲面ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）的垂直距离ｄｉ，在曲面上找到一点ｐｉ’（，，），使得点Ｐｉ（ｘｉ，，）与点ｐｉ’　（，，）平行于点ｐｉ’　（，，）处的法矢量，ｄｉ的计算公式为；５）确定目标函数，其表达为：６）对垂直距离函数进行泰勒展开，利用展开式对未知参数求偏导数，对偏导方程进行条件约束，求取目标函数中的未知参数，从而确定目标函数，拟合待弯板曲面；７）获得曲面模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程良伦，黄曼，薛航，潘敏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81