三维模型和机器视觉结合的3D打印医疗导板质量检测

发布时间：2017-04-11 05:03

  本文关键词：三维模型和机器视觉结合的3D打印医疗导板质量检测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来随着3D打印技术的迅速发展,3D打印产品渗透到各个领域中。医疗应用是3D打印的一个重要方向,其中3D打印颌面肿瘤医疗导板是肿瘤放射性治疗的重要辅具。而目前3D打印产品还没有一个良好的质量检测方案,由于其具有个性化程度高的特点,使得普通的产品质量检测技术不适用于它,因此3D打印产品质量检测是一个非常重要的研究方向。论文主要研究了三维模型和机器视觉结合的3D打印颌面肿瘤医疗导板质量检测方案,并设计了原型样机。具体工作如下:1.提出了一种三维模型引导、机器视觉监视、机械系统支持的3D打印颌面肿瘤医疗导板质量检测方案。该方案根据导向孔是放射性治疗的关键因素,设计针对导向孔成型质量的检测。考虑到3D打印产品个性化高、没有统一规格等特点,因此3D打印产品质量检测的本质是打印产品和对应的三维模型的一致性检测。我们首先将三维模型与3D打印导板对齐,其次基于三维模型设计检测方案,进一步由机械系统配合移动导板到相应的位置,最后通过图像识别确定导向孔质量是否合格。2.设计了基于单个相机实现的伪双目立体视觉的模型位置初始化方法。模型位置初始化就是将3D模型和3D打印产品对齐。我们利用双目测量,计算导板标记点世界坐标,然后求解与模型标记点对应位置坐标的变换矩阵,最终将3D模型和导板放到一个统一的世界坐标下。该方法通过机械系统配合,利用单相机实现立体测量,简单、实用且精度能够满足系统检测需要。3.提出一种基于几何特征滤波和聚类的导向孔横截面提取算法。根据三维模型垂直投影到平面上转化为二维平面检测的思想,通过矩阵变换和图像处理的方法提取导孔模型横截面,通过Hough变换得到导向孔横截面中心坐标。4.实现了基于图像特征的导向孔质量检测算法。首先通过多种图像处理算法如边缘检测、二值化等得到导向孔完整轮廓,进一步根据轮廓的几何特征如面积、圆度等进行导孔质量评价。系统整机测试结果表明,三维模型和机器视觉结合的3D打印医疗导板质量检测和试穿系统检测的精度足以完成质量检测。
【关键词】：模型引导 机器视觉 图像处理 质量检测
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP391.73
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景与研究意义9-12
• 1.2 3D打印技术发展现状12-13
• 1.3 基于视觉的质量检测技术研究现状13-15
• 1.4 论文研究内容与论文结构15-17
• 第2章 导板质量检测和试穿系统设计17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 系统整体设计17-20
• 2.2.1 系统性能要求及分析17-18
• 2.2.2 论文工作难点18-19
• 2.2.3 系统方案设计19-20
• 2.3 系统硬件设计20-23
• 2.3.1 硬件系统结构设计20-21
• 2.3.2 系统相机、镜头及光照方式选型21-23
• 2.3.3 电气控制系统23
• 2.4 软件设计23-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 三维模型处理算法研究27-49
• 3.1 引言27
• 3.2 模型位置初始化算法27-37
• 3.2.1 相机标定28-31
• 3.2.2 双目立体视觉测量31-34
• 3.2.3 导板标记点提取34-36
• 3.2.4 导板位置初始化的变换矩阵36-37
• 3.3 基于几何特征滤波和聚类的三维模型导向孔检测算法37-41
• 3.4 基于Dijkstra算法的导向孔检测路径优化41-44
• 3.4.1 旋转轴角度参数计算43-44
• 3.4.2 路径规划44
• 3.5 实验结果分析44-47
• 3.5.1 相机标定实验44-45
• 3.5.2 位置初始化实验45-47
• 3.5.3 检测路径优化实验47
• 3.6 本章小结47-49
• 第4章 基于图像的导向孔质量检测算法研究49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 检测算法总体设计49-51
• 4.3 基于图像分析的导向孔位置矫正51-55
• 4.3.1 图像预处理51-52
• 4.3.2 导孔轮廓提取52-54
• 4.3.3 导孔偏移位置计算54-55
• 4.4 导孔质量检测和试穿55-56
• 4.4.1 导孔质量检测55
• 4.4.2 导孔试穿55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 系统的演示与实验57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 系统硬件平台57-58
• 5.3 系统应用软件58-59
• 5.4 系统性能实验验证59-65
• 5.5 导板质量检测和试穿系统演示65-67
• 5.6 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文75
• 已申请的专利75-77
• 致谢77

  本文关键词：三维模型和机器视觉结合的3D打印医疗导板质量检测，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：298342