题目：型面光学测量关键技术及在钣金件成形检测中的应用研究

飞机蒙皮、整体壁板等大型钣金件是飞机外表的主要零件，其外形直接决定飞机的整体气动性能。特别是近几年来飞机钣金件出现了尺寸大、整体化程度高以及形状复杂的特点，对其外形进行数字化检测是控制其成形精度的有效手段。本文基于光学三维非接触测量系统，对钣金件的形状测量技术和测量数据的处理技术进行了深入的研究，对产品建模和后续的加工具有重要的意义。本文在研究三维非接触检测技术进展的基础上，结合本实验室开发的光学非接触测量系统，对其研发和应用现状进行了介绍。在深入分析和总结实际应用中所存在问题的基础上，针对提高现场实时测量的效率、获得高质量的点云数据以及测量点云数据预处理技术进行了系统研究，并对模型重构和测量反求精度评价方法进行了探讨。论文的主要工作如下：1. 认真总结和分析了现有的工作基础和问题，结合近期国内外在该领域的最新研究进展情况，制定了能保证工作连续性和充分利用已有成果的研究内容和方案；2. 钣金件进行现场测量时，经常需要实时查看点云数据情况，以便对摄像机的位置、方向角度以及被测物测量的分块等进行调整，保证最佳的数据质量。本文采用Visual C++ 开发了简单实用的被测点云数据快速浏览程序，调用OpenGL三维图形库，对被测件形状的三维坐标进行实时输出显示；同时开发了点云预处理模块，增加了交互功能，通过运行和调试，效果良好；3. 对目前系统中的一些模块技术进行改进，增强了系统的实用化程度。利用参考图像的方法对拍摄到的光栅图像进行了阈值化处理，减少了噪声对阈值选择的影响，保证了空间二进制编码的效率和特征提取的精度；同时，在综合了各种边缘提取的方法的基础上，提出的“基于微分算子的光栅图像边缘检测方法”，综合利用边缘像素一阶导数有局部极大值、二阶导数过零点的本质特性，实验验证了该方法的可行性；4. 对点云预处理方法进行了研究。从坐标变换、点云数据平滑、点云数据精简、多视点云拼接、点云数据融合等几个方面对点云数据的预处理方法进行了分析研究；针对海量点云提出了“基于曲率采样的混合采样法”，在点云精简的精度、简度和速度上取得了一个较好的平衡；同时对影响多视点云拼接精度的因素进行了分析，提出了实用的测量分块原则；5. 探讨了两种典型的曲面重构方法，即基于曲线的模型重建和基于曲面的直接拟合方法；在建立逆向工程误差模型的基础上，将精度评价分为两个层次；最后研究了“初始定位”和“精调整”相结合的曲面配准方法。