專利名稱：文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及文物數(shù)字化、計(jì)算機(jī)視覺和精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)形體 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光進(jìn)行精密測(cè)量和三維數(shù)字化建模方法。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)間的流逝和人類活動(dòng)的影響，古文物不斷遭到破壞，如何采用新技術(shù)、新手 段對(duì)文物進(jìn)行數(shù)字化處理，讓人類瑰寶永存已經(jīng)成為迫在眉睫的全球性問題。近年來，三維 文物的數(shù)字信息記錄技術(shù)的發(fā)展越來越受到廣泛的重視，人們對(duì)各種各樣記錄技術(shù)的研究 正興方未艾。從目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀來看，三維物體的記錄方法大體上可以分為四類，即基 于直接測(cè)量的方法、基于X射線CT掃描的方法、基于計(jì)算機(jī)視覺的方法和基于三維掃描儀 的方法。基于直接測(cè)量的方法工作量大；采用X射線CT掃描價(jià)格較昂貴，體積較大，不能到 現(xiàn)場(chǎng)掃描文物，此外，由于要分層掃描，掃描一件文物的時(shí)間也較長(zhǎng)；計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行文物 三維重建存在自動(dòng)化處理的困難，由于文物的表面復(fù)雜，從單一的角度獲取文物的掃描數(shù) 據(jù)存在遮擋問題；采用三維激光掃描又存在對(duì)文物的損傷且數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，如何快速獲取 文物表面全面的三維數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化文物管理，并應(yīng)用于文物考古應(yīng)用實(shí)踐的一大難 題。傳統(tǒng)的繪圖、照相、攝影以及文字記錄手段限于某種因素，只能獲得三維物體的二 維影像，無法準(zhǔn)確而詳細(xì)地記錄文物的幾何信息和三維形態(tài)，基于雙目計(jì)算機(jī)視覺的方法 可直接在影像上量測(cè)，但其存在同名點(diǎn)匹配和自動(dòng)提取的問題；三維激光掃描的方法則可 以直接獲取形體的三維坐標(biāo)，但激光對(duì)文物表面存在損傷且數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙目CCD立體視覺測(cè)量、激光掃描結(jié)構(gòu)光測(cè)量和形體旋 轉(zhuǎn)斷面測(cè)量相結(jié)合的低成本、無損傷、全自動(dòng)化的文物三維數(shù)字化重建的方法，以實(shí)現(xiàn)大量 文物快速、全自動(dòng)化三維數(shù)字化建模和建庫(kù)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，包括以下步驟(1)、采用激光束的能量不超過2瓦強(qiáng)度的線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的 線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)；(2)、采用雙目CCD立體視覺系統(tǒng)同步拍攝文物成像，獲得激光掃描器結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生 的具有線特征的文物立體像對(duì)，并得到立體像對(duì)的外方位姿態(tài)元素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣；(3)、對(duì)立體像對(duì)上線特征立體影像進(jìn)行基于形態(tài)學(xué)膨脹和腐蝕運(yùn)算的預(yù)處理，計(jì) 算線特征方程生成線特征點(diǎn)集，采用攝影測(cè)量核線約束原理自動(dòng)匹配，建立立體像對(duì)兩個(gè) 線特征點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(4)、采用雙目立體像對(duì)攝影測(cè)量的原理確定的立體像對(duì)的內(nèi)方位元素和外方位 元素，構(gòu)成線特征的各個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即文物線斷面三維坐標(biāo)；
(5)、旋轉(zhuǎn)文物，并重復(fù)執(zhí)行步驟(1) (4)，計(jì)算每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的掃描線結(jié)構(gòu)光斷 面的三維坐標(biāo)及文物線結(jié)構(gòu)光斷面三維坐標(biāo)；(6)、將各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的文物表面三維坐標(biāo)點(diǎn)集數(shù)據(jù)，融合成文物表面全部三維坐 標(biāo)點(diǎn)集，建立文物三維數(shù)字化模型。所述采用激光束的能量不超過2瓦強(qiáng)度的線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的 線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)，具體為將線激光掃描器安裝在固定的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，以固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)0位為參考，精確測(cè)定線 激光掃描器中心的位置參數(shù)\，Zo和平臺(tái)法線的姿態(tài)參數(shù)外《，K，記錄；啟動(dòng)線掃描激光器，設(shè)置其為線掃描模式，對(duì)文物線斷面進(jìn)行掃描，在文物表面形 成結(jié)構(gòu)光，記錄每一個(gè)掃描激光點(diǎn)與平臺(tái)法線的夾角A3和線結(jié)構(gòu)光上每一個(gè)激光掃描 點(diǎn)測(cè)量值D ；按照線掃描上每一個(gè)點(diǎn)間隔，結(jié)合線激光掃描器中心的位置姿態(tài)參數(shù)，采用式⑴ 計(jì)算文物線斷面的三維坐標(biāo)
式中，F(xiàn)x、Fy、Fz分別表示沿x，y，z方向，按照姿態(tài)參數(shù)外《，k和每一個(gè)掃描激光 點(diǎn)與平臺(tái)法線的夾角△ 0及線結(jié)構(gòu)光上每一個(gè)激光掃描點(diǎn)測(cè)量值D計(jì)算的坐標(biāo)分量，其具 體計(jì)算公式為 最后保存采用線掃描激光器計(jì)算的文物線斷面三維坐標(biāo)。所述確定的立體像對(duì)內(nèi)方位元素、外方位元素計(jì)算線特征上每一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo) 采用的計(jì)算公式為 式中，(x, y)為線特征上點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，X，Y，Z為線特征點(diǎn)物方三維坐標(biāo)，f為像
態(tài)元素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣。所述的旋轉(zhuǎn)文物生成線結(jié)構(gòu)光從而計(jì)算線斷面三維坐標(biāo)進(jìn)而計(jì)算文物表面三維 坐標(biāo)的步驟具體方法是首先設(shè)定固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)按照設(shè)定的步進(jìn)角度0旋轉(zhuǎn)；采用弱強(qiáng)度線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)角度的 文物斷面的線結(jié)構(gòu)光，拍攝各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度文物斷面線特征的立體影像對(duì)；然后計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度文物線斷面的三維坐標(biāo)( 采用以下公式分別計(jì)算步進(jìn)角度e得到的結(jié)構(gòu)光線斷面的坐標(biāo) 式中，\，Y0, Z0上一個(gè)線特征的三維坐標(biāo)，e表示步進(jìn)角度，d表示步進(jìn)角度對(duì)應(yīng) 的步進(jìn)距離；重復(fù)執(zhí)行以上步驟，根據(jù)設(shè)定的步進(jìn)角度，完成360°步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，得到文物表面全 部三維坐標(biāo)點(diǎn)集。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，用弱強(qiáng)度光線激光掃描器掃描文物，在文物表面形成結(jié) 構(gòu)光，在文物形體表面構(gòu)建結(jié)構(gòu)光，一方面，這些結(jié)構(gòu)光通過特殊濾鏡在雙目(XD影像上成 像，形成一個(gè)非常清晰的特征線，進(jìn)而利用影像特征線自動(dòng)提取算法，自動(dòng)提取由弱激光產(chǎn) 生的特征線，進(jìn)而在雙目視覺攝影測(cè)量算法支持下進(jìn)行特征線的坐標(biāo)解算，自動(dòng)完成文物 表面上一個(gè)線斷面的測(cè)量；另一方面，激光掃描亦可以直接計(jì)算掃描線的坐標(biāo)，與計(jì)算機(jī)視 覺計(jì)算結(jié)構(gòu)結(jié)合，進(jìn)行文物表面三維特征線紋理自動(dòng)配準(zhǔn)和復(fù)制。通過對(duì)文物360°步進(jìn)旋 轉(zhuǎn)，得到一系列文物線斷面，實(shí)現(xiàn)文物三維數(shù)字化建模。本發(fā)明通過在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的測(cè)量平臺(tái)上獲取被測(cè)文物的雙目立體視覺結(jié)構(gòu)光線特 征立體影像來完成對(duì)被測(cè)文物線斷面的三維坐標(biāo)測(cè)量計(jì)算，采用結(jié)構(gòu)光則是為了在文物表 面形成特征線方便特征提取，在此基礎(chǔ)上計(jì)算文物線斷面三維坐標(biāo)，進(jìn)一步通過文物旋轉(zhuǎn) 得到文物表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)集。本發(fā)明方法綜合雙目CCD相機(jī)計(jì)算機(jī)視覺方法和激光掃描的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低成本、 無損傷、全自動(dòng)化的文物三維數(shù)字化化重建，為快速、精確地獲取物體的三維信息，并建立 起科學(xué)準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù)模型提供了一種全新的技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于考古學(xué)、人體解剖學(xué)、人類學(xué)、文物復(fù)制、文物拼對(duì)修復(fù)、雕塑等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法的流程圖；圖2是本發(fā)明線掃描激光器、雙目CCD相機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)安裝圖；圖3是本發(fā)明立體像對(duì)上線特征自動(dòng)提取算法流程圖；圖4是本發(fā)明文物線特征點(diǎn)融合和三維模型生成流程圖。
具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，具體采用以下的技術(shù)方案， 其整體流程圖如圖1所示，該技術(shù)方案具體包括以下步驟步驟S1 采用弱強(qiáng)度線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算結(jié)構(gòu)光 線斷面的三維坐標(biāo)；該步驟具體為①將線激光掃描器安裝在固定的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，以固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)0位為參考，精確測(cè)定 線激光掃描器中心的位置參數(shù)和姿態(tài)；②啟動(dòng)線掃描激光器，設(shè)置其為線掃描模式，對(duì)文物線斷面進(jìn)行掃描，在文物表面 形成結(jié)構(gòu)光，記錄線結(jié)構(gòu)光上每一點(diǎn)的距離測(cè)量值；③按照線掃描上每一個(gè)點(diǎn)間隔，聯(lián)合線激光掃描器中心的位置姿態(tài)參數(shù)，計(jì)算文 物線斷面的三維坐標(biāo)(Xy Yl, Zl)采用的式子 式中，\，l，&表示線掃描激光器中心的位置，由①事先精確測(cè)定，豹《，K為平臺(tái) 法線的姿態(tài)參數(shù)，均由①事先精確測(cè)定；△ 0表示每一個(gè)掃描激光點(diǎn)與平臺(tái)法線的夾角， 線激光掃描器在輸出每一個(gè)點(diǎn)時(shí)同時(shí)輸出其與中心的夾角，D為每一個(gè)激光掃描點(diǎn)測(cè)距結(jié)
合 o④保存采用線掃描激光器計(jì)算的文物線斷面三維坐標(biāo)。步驟S2 采用雙目CCD立體視覺系統(tǒng)對(duì)文物成像，獲得具有激光掃描器結(jié)構(gòu)光產(chǎn) 生的線特征文物立體像對(duì)；該步驟進(jìn)一步包括以下步驟①如圖2所示，將雙目CCD相機(jī)安裝在固定的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上支架上，以固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)0位 為參考，采用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法測(cè)定雙目CCD相機(jī)的內(nèi)方位元素即CCD相機(jī)的主點(diǎn)、 焦距、畸變參數(shù)等、外方位元素即CCD相機(jī)在固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)中的位置和姿態(tài)參數(shù)；②根據(jù)線掃描激光器波長(zhǎng)范圍，為雙目CCD相機(jī)配備合適的濾光鏡，使線掃描激光器產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光能夠在CCD影像上清晰可見；③將雙目(XD相機(jī)的快門通過信號(hào)線接入到同步觸發(fā)控制器，調(diào)整(XD相機(jī)的快 門和曝光參數(shù)以期獲得高質(zhì)量CCD影像；④確認(rèn)線掃描激光器已經(jīng)開啟，由統(tǒng)一的同步控制器發(fā)送拍攝信號(hào)啟動(dòng)雙目(XD 相機(jī)同步拍攝立體像對(duì)；⑤對(duì)雙目(XD相機(jī)同步拍攝的立體像對(duì)影像順序編號(hào)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。步驟S3 立體像對(duì)上線特征自動(dòng)提??；該步驟進(jìn)一步包括以下子步驟，其具體實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示①對(duì)同步拍攝的立體影像對(duì)進(jìn)行自適應(yīng)閾值二值化分割，得到立體像對(duì)二值化 圖；②對(duì)二值化圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹和腐蝕運(yùn)算，消除由于二值化處理產(chǎn)生的斑點(diǎn)噪 聲、毛刺和缺口，得到文物表面線斷面的結(jié)構(gòu)光線特征二值化圖像；③分別對(duì)立體像對(duì)線特征二值化圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的細(xì)化，細(xì)化采用的結(jié)構(gòu)元素為 式子為
0 0 0 X 0 0/ = X 1 X 或 Z = 110
111X 1 X④采用最小二乘擬合細(xì)化后的結(jié)構(gòu)光線特征，得到立體像對(duì)每一個(gè)文物表面線特 征方程、線特征點(diǎn)集并保存。步驟S4 文物線斷面三維坐標(biāo)計(jì)算；該步驟進(jìn)一步包括以子步驟①根據(jù)立體影像對(duì)中每一個(gè)影像提取的線特征方程、線特征點(diǎn)集，按照攝影測(cè)量 核線約束方法進(jìn)行自動(dòng)匹配，建立兩個(gè)線特征點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系；②按照雙目立體像對(duì)攝影測(cè)量的原理，如下式，利用S2確定的立體像對(duì)內(nèi)方位元 素、外方位元素計(jì)算線特征上每一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo) 式中，(x, y)為線特征上點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，X，Y，Z為待求線特征點(diǎn)物方三維坐標(biāo)，f
r ax bx c1、
為像片焦距，XS，YS，ZS為立體像對(duì)的外方位位置元素， b2 為立體像對(duì)的外方位姿態(tài)
、a3 Z)3 c3,
元素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，可由S2確定。③將線特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)(Xe，Ye，Ze)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到以固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)建立的參考系統(tǒng)中 并保存。步驟S5 文物旋轉(zhuǎn)生成線結(jié)構(gòu)光及三維坐標(biāo)計(jì)算；該步驟進(jìn)一步包括以下子步驟①設(shè)定固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)按照設(shè)定的步進(jìn)角度e旋轉(zhuǎn)；
②按照(1)、(2)依次產(chǎn)生文物斷面的線結(jié)構(gòu)光，拍攝文物斷面線特征的立體影像 對(duì)；③按照(1)、(3)分別計(jì)算線斷面的三維坐標(biāo)(XL, Yl, Zl)，(Xc, Yc, Zc)；④分別計(jì)算步進(jìn)角度e得到的結(jié)構(gòu)光線斷面的坐標(biāo)，如下式Xj = X0+d cos 0Yj = Y0+d sin 0Zj = Z0式中，\，Y0, Z0上一個(gè)線特征的三維坐標(biāo)，e表示步進(jìn)角度，d表示步進(jìn)角度對(duì)應(yīng) 的步進(jìn)距離。⑤依次按照給定的步進(jìn)角度完成360旋轉(zhuǎn)步進(jìn)后，得到文物表面全部三維坐標(biāo)點(diǎn)集。步驟S6 文物表面三維點(diǎn)集數(shù)據(jù)融合和三維數(shù)字化建模；該步驟進(jìn)一步包括以下子步驟，其具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如圖4所示①分別獲取按照線掃描激光器計(jì)算的文物三維坐標(biāo)點(diǎn)集)和采用雙 目立體視覺計(jì)算的文物三維坐標(biāo)點(diǎn)集,乙,,Zc,)；②按照統(tǒng)一的地理參考對(duì)文物線特征點(diǎn)進(jìn)行融合處理，建立激光點(diǎn)集和影像點(diǎn)集 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算其平均值得到文物最終三維點(diǎn)集；③對(duì)文物表面三維點(diǎn)集進(jìn)行濾波、抽取處理，得到文物三維模型；④根據(jù)兩個(gè)文物三維點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系將CCD影像與文物三維模型配準(zhǔn)貼圖；⑤索引保存三維文物模型數(shù)據(jù)。本發(fā)明不僅解決了當(dāng)前文物三維數(shù)字化建模三維激光掃描方法和計(jì)算機(jī)視覺方 法存在的缺陷，利用線掃描激光器生成的結(jié)構(gòu)光線特征實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺攝影測(cè)量計(jì)算的自 動(dòng)化問題；而且降低了利用三維激光掃描進(jìn)行文物三維數(shù)字化建模的成本，通過線掃描激 光器和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的配合完成低成本的文物三維數(shù)字化建模，為數(shù)字化文物博物館建設(shè)提供了 一條新的技術(shù)高效、低成本途徑。
權(quán)利要求
一種文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，其特征在于包括以下步驟(1)、采用激光束的能量不超過2瓦強(qiáng)度的線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)；(2)、采用雙目CCD立體視覺系統(tǒng)同步拍攝文物成像，獲得激光掃描器結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生的具有線特征的文物立體像對(duì)，并得到立體像對(duì)的外方位姿態(tài)元素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣；(3)、對(duì)立體像對(duì)上線特征立體影像進(jìn)行基于形態(tài)學(xué)膨脹和腐蝕運(yùn)算的預(yù)處理，計(jì)算線特征方程生成線特征點(diǎn)集，采用攝影測(cè)量核線約束原理自動(dòng)匹配，建立立體像對(duì)兩個(gè)線特征點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(4)、采用雙目立體像對(duì)攝影測(cè)量的原理確定的立體像對(duì)的內(nèi)方位元素和外方位元素，構(gòu)成線特征的各個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即文物線斷面三維坐標(biāo)；(5)、旋轉(zhuǎn)文物，并重復(fù)執(zhí)行步驟(1)～(4)，計(jì)算每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)及文物線結(jié)構(gòu)光斷面三維坐標(biāo)；(6)、將各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的文物表面三維坐標(biāo)點(diǎn)集數(shù)據(jù)，融合成文物表面全部三維坐標(biāo)點(diǎn)集，建立文物三維數(shù)字化模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，其特征在于，所述步 驟⑴具體為(1-1)、將線激光掃描器安裝在固定的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，以固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)O位為參考，精確測(cè)定 線激光掃描器中心的位置參數(shù)Xtl, \，Z0和平臺(tái)法線的姿態(tài)參數(shù)外ω，κ，記錄；(1-2)、啟動(dòng)線掃描激光器，設(shè)置其為線掃描模式，對(duì)文物線斷面進(jìn)行掃描，在文物表面 形成結(jié)構(gòu)光，記錄每一個(gè)掃描激光點(diǎn)與平臺(tái)法線的夾角Δβ和線結(jié)構(gòu)光上每一個(gè)激光掃 描點(diǎn)測(cè)量值D ；(1-3)、按照線掃描上每一個(gè)點(diǎn)間隔，結(jié)合線激光掃描器中心的位置姿態(tài)參數(shù)，采用式 (1)計(jì)算文物線斷面的三維坐標(biāo)(xl，Yl，Zl) (1)式中，F(xiàn)x、Fy、Fz分別表示沿x，y，z方向，按照姿態(tài)參數(shù)外ω，κ和每一個(gè)掃描激光點(diǎn)與 平臺(tái)法線的夾角△ β及線結(jié)構(gòu)光上每一個(gè)激光掃描點(diǎn)測(cè)量值D計(jì)算的坐標(biāo)分量，其具體計(jì) 算公式為 (1-4)、保存釆用線掃描激光器計(jì)算的文物線斷面三維坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，其特征在于所述步 驟(4)中確定的立體像對(duì)內(nèi)方位元素、外方位元素計(jì)算線特征上每一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)釆用 的計(jì)算公式為 式中，(x y)為線特征上點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，X，Y，Z為線特征點(diǎn)物方三維坐標(biāo)，f為像片焦廣以
Zj1 C1、距，Xs, Ys, Zs為立體像對(duì)的外方位位置元素，《2 b2 C2為所述立體像對(duì)的外方位姿態(tài)元 素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，其特征在于所述的 步驟(5)中旋轉(zhuǎn)文物生成線結(jié)構(gòu)光從而計(jì)算線斷面三維坐標(biāo)進(jìn)而計(jì)算文物表面三維坐標(biāo) 的步驟具體包括以下步驟(5-1)、設(shè)定固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)按照設(shè)定的步進(jìn)角度θ旋轉(zhuǎn)；(5-2)、采用弱強(qiáng)度線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)角度 的文物斷面的線結(jié)構(gòu)光，拍攝各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度文物斷面線特征的立體影像對(duì)； (5-3)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度文物線斷面的三維坐標(biāo)(Χ。Yl, Zl)，(Xc, Yc, Zc)； (5-4)采用以下公式分別計(jì)算步進(jìn)角度θ得到的結(jié)構(gòu)光線斷面的坐標(biāo) Xi = X0+dcos θ Yi = Y0+dsin θ 7=7式中，Χο，Yc^Zci為上一個(gè)線特征的三維坐標(biāo)，θ表示步進(jìn)角度，d表示步進(jìn)角度對(duì)應(yīng)的 步進(jìn)距離；(5-5)重復(fù)執(zhí)行步驟(5-1) (5-4)，根據(jù)設(shè)定的步進(jìn)角度，完成360°步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，得到 文物表面全部三維坐標(biāo)點(diǎn)集。
全文摘要
本發(fā)明提供一種文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方法，采用激光束的能量不超過2瓦強(qiáng)度的線激光掃描器在文物表面產(chǎn)生穩(wěn)定的線結(jié)構(gòu)光，計(jì)算掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)；用雙目CCD立體視覺系統(tǒng)同步拍攝文物成像，獲得文物立體像對(duì)和外方位姿態(tài)元素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，然后計(jì)算線特征方程生成線特征點(diǎn)集，并建立立體像對(duì)的兩個(gè)線特征點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系并計(jì)算文物線斷面三維坐標(biāo)計(jì)算每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)及文物線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)，建立文物三維數(shù)字化模型。本發(fā)明通過線掃描激光器和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的配合完成低成本的文物三維數(shù)字化建模，數(shù)字化文物博物館建設(shè)提供了一條高效、低成本的新技術(shù)方案。
文檔編號(hào)G01B11/00GK101853521SQ20101016068
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者林紅輝, 王少華, 胡慶武 申請(qǐng)人:武漢微目科技有限公司