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系統識別號 U0026-0812200910215310
論文名稱(中文) 應用電腦視覺技術於模具表面幾何特徵辨識之研究
論文名稱(英文) Geometrical Feature Recognition of Mold Surface Using Computer Vision Technology
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 機械工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Mechanical Engineering
學年度 90
學期 2
出版年 91
研究生(中文) 許又仁
研究生(英文) Yu-Jen Hsu
學號 n1689431
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-蔡明俊
口試委員-曾清秀
口試委員-賴景義
口試委員-方晶晶
中文關鍵字 曲面辨識  曲線擬合  電腦視覺 
英文關鍵字 curve fitting  surface recognizing  computer vision 
學科別分類
中文摘要 本文主要的目標是利用電腦視覺系統配合影像處理的技術來辨識模具表面的幾何特徵,研究的範圍包括電腦視覺量測技術、曲面的區域分割以及曲面的辨識。
首先藉由次像素(subpixel)解析度的電腦視覺系統來擷取模具表面的點群資料,並應用影像處理的觀念偵測曲面之邊界迴路,若有不完整的迴路則利用互動式方法進行迴路修補或移除。利用完整的迴路進行區域分割及邊界迴路追跡,將模具上不同類別的區域曲面獨立分割出來,以提供後續的曲面辨識所用。
我們將各區域的曲面分類成平面、旋轉曲面以及自由曲面。曲面的辨識方式是利用通過區域輪廓形心的深度截痕資料來進行曲線擬合,依據曲線擬合結果來判斷該區域所屬的曲面種類。由於不同的旋轉曲面會產生不同的截痕特徵,所以可利用曲面與截痕間的特徵對應關係推論出曲面的種類。曲面辨識結果若為平面或旋轉面,則進行曲面特徵資料的萃取以及重建,若辨識結果為自由曲面則在該曲面上選取一組參考點群,利用該點群以B-spline曲線曲面的數學模型進行重建。
本文的研究成果對於逆向工程有很大的用處,如零件快速加工、模具拋光路徑規劃以及精密量測的自動化路徑規劃等方面有很大的助益。
英文摘要 This paper uses computer vision and image processing technology to recognize geometrical feature of the mold surface. The research activity includes the calibrating and measuring techniques of the computer vision system, and the segmenting, and the recognition of mold surfaces.
First, we acquired the depth data from the mold surface using a stereo vision system by sub-pixel method. The depth data were converted into a range image format. Image process technique was employed to find the boundary of each surface. If there exists any non-complete boundary loop, the boundary can be repaired or the redundant section can be by as interactive method. Then, the complete boundary was used for segmentation to divide the mold surface into individual regions for feature recognition.
The types of mold surface was categorized as planes, revolving surfaces, and free form surfaces. The surfaces were recognized by curve fitting among the sectional data points of the surface. Only two sectional curves that pass through the major axes of the region were used to recognize the surface. The recognized surfaces were output as IGES format and can be re-constructed by any CAD system.
The results of this research are very useful on reverse engineering, including rapid manufacture, path planning of mold polish, and automatic path planning of a CMM machine for accurate measurement.
論文目次 目錄
摘要………………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………II
目錄……………………………………………………………………III
表目錄…………………………………………………………………VI
圖目錄………………………………………………………………VII
第一章 前言……………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的…………………………………………1
1.2 文獻回顧…………………………………………………3
1.3 論文綱要…………………………………………………4
第二章 電腦視覺系統…………………………………………………5
2.1 系統設備…………………………………………………5
2.2 攝影機模型與參數校正…………………………………7
2.2.1 攝影機模型………………………………………7
2.2.2 攝影機參數校正…………………………………9
2.3 空間位置計算……………………………………………11
2.3.1 雙攝影機深度計算模式…………………………11
2.3.2 單攝影機深度計算模式…………………………13
2.3.3 雷射線細化………………………………………14
2.3.4 雷射面校正………………………………………16
2.4視覺系統實驗與評估……………………………………18
2.4.1 攝影機參數校正實驗結果………………………18
2.4.2 攝影機深度計算實驗結果………………………20
2.4.3系統量測性能評估………………………………25
第三章 點資料型態的處理……………………………………………29
3.1 點資料前置處理…………………………………………30
3.1.1 尋找形心及旋轉角度……………………………30
3.1.2 模具點資料前處理結果…………………………33
3.1.3 點資料轉換影像型態……………………………34
3.2 影像修補…………………………………………………35
3.3.1 像素近鄰的定義…………………………………36
3.3.2 模具影像修補……………………………………37
第四章 邊界偵測及區域分割…………………………………………41
4.1 邊界迴路偵測……………………………………………42
4.1.1 遮罩運算簡介……………………………………42
4.1.2 中值濾波…………………………………………43
4.1.3 邊界偵測…………………………………………44
4.1.4 邊界迴路平滑化與細化…………………………48
4.1.5 邊界迴路修補與檢測……………………………51
4.2區域分割…………………………………………………53
4.2.1 區域成長法………………………………………53
4.2.2 區域形心與主軸…………………………………54
4.2.3 影像區域分割……………………………………56
4.3 迴路追跡………………………………………………58
4.3.1 區域迴路的特性…………………………………59
4.3.2 迴路追跡…………………………………………60
4.3.3 迴路特徵點的搜尋………………………………62
第五章 區域曲面的辨識及重建………………………………………66
5.1 曲面截痕的擬合辨識……………………………………67
5.1.1 曲線擬合的理論基礎……………………………68
5.1.2 曲線擬合辨識……………………………………73
5.2 平面的辨識與重建………………………………………75
5.3 旋轉曲面的辨識與重建…………………………………77
5.3.1 旋轉曲面類型的判定法則………………………77
5.3.2 旋轉曲面類型的重建……………………………79
5.4自由曲面的辨識與重建…………………………………83
5.4.1 B-spline曲線數學模式及建構…………………83
5.4.2 B-spline曲面數學模式及建構…………………85
5.4.3 自由曲面區域點資料的前處理…………………87
5.4.4 自由曲面重建……………………………………91
第六章 實例探討………………………………………………………92
6.1 實例一:拋物面模具辨識………………………………92
6.2 實例二:自由曲面模具辨識……………………………96
第七章 結論與建議…………………………………………………100
7.1 研究成果………………………………………………100
7.2 討論與建議……………………………………………101
7.3 未來展望………………………………………………103
參考文獻…………………………………………………………107
自述………………………………………………………………110
參考文獻 參考文獻
1.Besl, P. J., and Jain, R. C., 1985, “Three-Dimensional Object Recognition,” Computing Surveys, Vol. 17, No. 1, pp. 75-145.
2.Besl, P. J., and Jain, R. C., 1986, “Invariant Surface Characteristics for 3D Object Recognition in Range Images,” Computer Vision, Graphics and Image Processing, Vol. 33, pp. 33-80.
3.Bookstein, F. L., 1979, “Fitting Conic Sections to Scattered Data,” Computer Graphics and Image Processing, no. 9, pp. 56-71.
4.Bradley, C., Vickers, G. W., and Milroy M., 1994, “Reverse Engineering of Quadric Surfaces Employing Three-Dimensional Laser Scanning,” Journal of Engineering Manufacture, Vol. 208, pp. 21-28.
5.Fan, T. J., Medioni, G., and Nevatia, R., 1987, “Segmented Description of 3-D Surface,” IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. RA-3, No.6, Dec. pp. 527-538.
6.Fitzgibbon, A., 1999, Pilu, M. and Fishe, R. B., “Direct Least Square Fitting of Ellipse,” IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 21, no. 3, pp. 476-480.
7.Fu, K. S., Gonzalez, R. C., and Lee, 1987, C. S., “Robotics : Control, Sensing, Vision and Intelligence,” McGraw-Hill, New York.
8.Gonzalez, R. C., and Woods, R. E., 1992, “Digital Image Processing, Addison-Wesley,” U. S. A.
9.J. K. Kim, M. C. Lee, C. K. Ahn, and C. Y. Kim, 2001, “Acquisition of 3-D Information Using Stereo Vision System by Relative Stereo Disparity with Subpixel Resolution,” IEEE International Symposium, vol.3, pp. 1671-1676
10.Langridge, D. J., 1984, “Detection of Discontinuities In the First Derivative of Surface,” Computer Vision Graphics, and Image Processing, Vol.27, pp. 291-308.
11.M. J. Wang, W. Y. Wu, L. K. Huang, and D. M. Wang, 1995, “Corner detection using bending value,” Pattern Recognition Letters vol. 16, pp. 575-583.
12.Naccache, N. J. and Shinghal, R., “ARM: A Proposed Algorithm for Thinning Binary Pattern,” IEEE Trans. Systems, Man, Cybern., Vol. SMC-14, No. 3, pp. 409-418, 1984
13.Pratt, W. K., 1991, Digital Image Processing, John Wiley & Sons, U.S.A.
14.Varary, T., Martin R.R., and Coxt, J., 1997, “Rever engineering of geometric models – an introduction,” Computer Aided Design, Vol. 29, No. 4, pp. 255-268.
15.Webster, R. W., and Wei, Y., 1992, ““ARINE P.” – A Robot Golfing System Using Binocular Stereo Vision and a Heuristic Feedback Mechanism,” Proceeding of the 1992 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and System, pp. 2027-2034.
16.工研院光電所,1996,雷射三次元量測系統操作軟體2.0版,新竹。
17.姚宏宗,邱顯智,陳信全,1996,〝逆向工程-點資料前置處理與曲面重建〞,中國機械工程學會第十三屆全國學術研討會論文集(設計),第119~126頁。
18.許來興,游星宇,1997,〝逆向工程曲面重建過程中點資料區域分割之方法〞,中國機械工程學會第十四屆全國學術研討會論文集(製造與生產),第121~127頁。
19.黃佳豪,2000,〝以特徵為基礎的交談式電腦視覺模具幾何辨識系統〞,碩士論文,國立成功大學機械工程研究所,台南。
20.張昭龍,2002,〝自動化模具拋光系統的路徑規劃及製程設計〞,碩士論文,國立成功大學機械工程研究所,台南。
21.蔡明俊,黃良印,王哲仁,1995,〝利用主動式光源發展立體視覺系統〞, 中國機械工程學會第十二屆學術研討會(系統控制組)。
22.蔡明俊,韋志昇,魏緒強,1997,〝應用影像處理技術於模具邊界之幾何特徵辨識〞,第十屆全國自動化科技研討會論文集第二冊,中興大學,台中市,民國86 年10 月,第801-808頁。
23.蔡明俊,魏緒強,黃佳豪,1999,〝二次曲面之影像辨識方法研究〞,中華民國自動化科技學會第十一屆全國自動化科技研討會(上冊)。
24.蔡明俊,2001,影像編碼壓縮方法及具人體特徵的資料結構,專利申請案號:90131577。
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