一種壁畫圖像采集裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種壁畫圖像采集裝置，對高、寬達(dá)數(shù)米的壁畫進行高清圖像采集和存儲。使用太字節(jié)級的固態(tài)硬盤可以快速讀寫數(shù)據(jù)量巨大的超高清圖像。通過可伸縮導(dǎo)軌、支撐桿、底座支架，可拍攝不同寬度、高度和非水平繪制的壁畫。相機的角度也可進行自動調(diào)節(jié)?？烧{(diào)照明系統(tǒng)，可適應(yīng)不同環(huán)境中的壁畫采集。該裝置的核心控制器，可接收無線信號，使用者可使用遙控器完成上述操作；遙控器端集成有一個顯示屏，可實時觀察相機采集的壁畫圖像，以便用戶進行遠(yuǎn)端調(diào)整。該裝置的導(dǎo)軌和支撐桿均由碳納米材料制成，質(zhì)輕可伸縮，搬運方便，可采集不同大小和光照條件下的洞窟、墓室壁畫，提高了壁畫數(shù)字化效率，減少了文物保護工作者的工作量。
【專利說明】一種壁畫圖像采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及文物保護、圖像采集與處理裝置領(lǐng)域，尤其涉及超高清圖像采集處理裝置，圖像壓縮算法研究，具體涉及一種壁畫圖像采集裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]中國古代壁畫承載著豐富的歷史信息，美學(xué)、藝術(shù)、科學(xué)價值巨大，但目前大部分受損非常嚴(yán)重。自然環(huán)境因素導(dǎo)致壁畫起甲、酥堿、空鼓等現(xiàn)象。同時，大氣污染嚴(yán)重，游客數(shù)量增加，都對壁畫帶來很大威脅。因此壁畫的保護和修復(fù)刻不容緩。為了便于壁畫的修復(fù)研究和文物遺跡所承載的信息真實長久地傳播，需要將壁畫圖像進行圖像數(shù)據(jù)采集，存儲和傳輸。然而，由于壁畫通常面積較大，如敦煌壁畫面積達(dá)4.5萬平方米；墓室壁畫長寬通常達(dá)到數(shù)米，而墓道通常較為狹窄，用普通照相設(shè)備難以獲得一幅完整的壁畫，另外，為了進行修復(fù)研究和遺跡數(shù)字化保存，數(shù)字化之后的壁畫必須是高清圖像，這也導(dǎo)致壁畫的數(shù)據(jù)存儲量非常大，普通設(shè)備的存儲單元無法達(dá)到要求。
[0003]專利申請公布的“一種自轉(zhuǎn)全景照相機(97248517.1) ”，利用萬向傳動機構(gòu)、自轉(zhuǎn)中心軸、減速齒輪箱等使照相機在俯、仰角度同時作360度自轉(zhuǎn)拍攝出逼真的長幅全景照片。但該相機只能在固定位置做圍繞中心軸的轉(zhuǎn)動，無法在較近距離拍攝巨幅壁畫的細(xì)節(jié)。
[0004]專利申請公布的“基于圖像拼接的SDI全景攝像系統(tǒng)(201110266153.7) ”，利用多個攝像機，將采集到的視頻進行拼接，能夠獲得所拍攝場景的情況。但是為了覆蓋拍攝場景，需要使用η個攝像機，同時，還需要η個圖像傳感器、η個ISP芯片、η個SDI發(fā)送器、η個SDI接收器。也就是說，對于不同的拍攝對象，該設(shè)備的規(guī)模也不能隨時進行調(diào)整，無法高效的進行不同場景中大小不同的壁畫采集。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于，針對目前古代壁畫圖像采集需求，為文物保護人員提供一種壁畫圖像采集裝置及方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]其特征在于:包括一臺高清相機、一個核心控制器、一個連接相機的固態(tài)硬盤、一套照明系統(tǒng)、相機導(dǎo)軌支架系統(tǒng)、和相機無線連接的液晶顯示器、遙控器；裝置的壁畫圖像采集主要依靠高清相機，采集的圖像存儲在連接于相機的固態(tài)硬盤中；同時壓縮后的圖像也實時顯示在遙控端的液晶顯示屏上，供使用者進行監(jiān)控。采集前根據(jù)壁畫的面積大小、高度、所處環(huán)境調(diào)整導(dǎo)軌支架，根據(jù)所處環(huán)境由使用者使用遙控器調(diào)整系統(tǒng)照明；
[0008]所述高清相機，其特征在于能夠采集超高清彩色圖像，圖像質(zhì)量由文物保護的需要決定；相機能夠由遙控器控制，相機視野中的內(nèi)容能夠在核心控制器中編碼后通過無線實時傳輸?shù)竭b控端的液晶顯示屏上；相機采集的圖像能夠通過輸入到核心控制器進行編碼之后通過串口存儲到固態(tài)硬盤中；
[0009]所述連接相機的固態(tài)硬盤至少在太字節(jié)級別，能滿足圖像的存儲和傳輸速度的要求。
[0010]所述導(dǎo)軌支架系統(tǒng)由接于相機的可通過遙控器遠(yuǎn)程控制自動調(diào)節(jié)角度的三維云臺、自動調(diào)節(jié)高度的支撐桿、自動調(diào)節(jié)高低和長度的滑動導(dǎo)軌構(gòu)成；所述三維云臺能夠360度調(diào)節(jié)相機角度，云臺、支撐桿和導(dǎo)軌均能夠接收核心控制器發(fā)出的信號自動調(diào)整角度、高度、長度；支架系統(tǒng)能夠保證采集時的穩(wěn)定性，防止微小晃動導(dǎo)致的圖像模糊。
[0011]所述導(dǎo)軌支架系統(tǒng)由碳纖維材料制成，質(zhì)量輕且強度大，可方便搬運。
[0012]所述核心控制器，能夠接收并解析遙控器的控制信息，并根據(jù)解析后的信息發(fā)出控制信號，控制整個裝置的動作，包括裝置的起停，導(dǎo)軌的高度、長度，支撐桿高度，照明系統(tǒng)光強度，拍攝的模式選擇，自動采集時壁畫長度和高度的輸入；核心控制器還負(fù)責(zé)自動采集模式下根據(jù)壁畫長度、寬度的采集路徑和速度的計算與控制。
[0013]所述的和相機無線連接的遙控器由使用者對云臺的角度、支撐桿的高低、導(dǎo)軌的長度和高度、相機支撐桿在導(dǎo)軌上的移動方向、照明系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、拍攝模式選擇、相機的啟停進行操作。遙控器上有一塊液晶顯示屏，可以對相機的視野進行實時顯示。
[0014]所述的無線連接可以傳輸控制信號，實時顯示相機所拍攝的畫面，數(shù)據(jù)的傳輸距離小于100米。
[0015]本實用新型的基于上述裝置的壁畫圖像采集裝置和方法，使用時裝置進行以下步驟:
[0016](I)估計壁畫的長度和高度，將導(dǎo)軌支架置于壁畫正前方，距離遠(yuǎn)近根據(jù)拍攝效果調(diào)整；
[0017](2)將相機安裝在支架頂端，啟動相機和核心控制器電源。通過遙控器調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的長度、高度和支撐桿高度。調(diào)整滑動導(dǎo)軌長度:導(dǎo)軌長度由壁畫水平方向的長度決定，導(dǎo)軌由可伸縮支架構(gòu)成，通過遙控器可將伸縮支架拉出，調(diào)整合適長度之后鎖定位置。若壁畫與水平方向有一定角度，則調(diào)節(jié)支架左右兩端的支撐腳的高低，使導(dǎo)軌和水平方向夾角和壁畫一致，保證相機左右移動和壁畫保持平行，調(diào)整完畢鎖定位置。調(diào)整支撐桿高度:支撐桿用于連接導(dǎo)軌、支撐相機。支撐桿下部連接導(dǎo)軌支架，可以沿導(dǎo)軌在水平方向左右移動。高度可使用遙控器進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完畢后鎖定導(dǎo)軌、支撐桿。調(diào)整相機姿態(tài):相機位于支撐桿的頂部，通過遙控器上的滾動球可以調(diào)節(jié)相機的角度，調(diào)整時根據(jù)遙控器上液晶顯示屏上顯示的壁畫效果進行調(diào)節(jié)。測光，調(diào)節(jié)相機照明:相機周圍有數(shù)個發(fā)光二極管，為相機拍攝提供照明，二極管發(fā)光強度可使用遙控調(diào)節(jié)。前期調(diào)整完成后，開始進行拍攝，滑動導(dǎo)軌可以通過遙控器控制勻速向左或向右移動，在移動中進行拍攝，也可以通過手動調(diào)整位置，在鎖定之后進行拍攝。若壁畫面積較大，設(shè)定程序自動進行拍攝:在自動采集模式下，輸入壁畫的長度和高度，由核心控制器計算導(dǎo)軌的移動速度和時間以及支撐桿下降速度和時間，由左上到右下的方向進行逐行采集。完成拍攝:關(guān)閉相機和控制器電源。
[0018]本實用新型提供了一種古代壁畫圖像采集裝置，以及基于該裝置的壁畫圖像采集方法。本實用新型能夠根據(jù)壁畫大小、高低進行拍攝范圍的調(diào)整，對于不同規(guī)模的壁畫均可以進行高精度的圖像采集。調(diào)節(jié)可以根據(jù)顯示器的實時壁畫內(nèi)容顯示通過遙控器完成，降低了拍攝人員的勞動強度，使控制更加靈活便捷。
[0019]本實用新型自帶照明系統(tǒng)，不論是洞窟壁畫、墓室壁畫還是露天壁畫，均可以通過遙控器根據(jù)顯示器顯示的壁畫效果進行發(fā)光二極管發(fā)光強度的調(diào)整，使該采集裝置適用于各種場合。
[0020]本實用新型使用太字節(jié)級的固態(tài)硬盤進行拍攝內(nèi)容的存儲，一方面滿足了超高清圖像的存儲需求，另一方面保證了較高的傳輸速度，提高了拍攝工作的效率。
[0021]本實用新型還會帶來一定的積極效果:由于導(dǎo)軌和支撐桿都可進行伸縮，便于搬運攜帶，能夠使用在狹窄的墓道中。此外，由于本實用新型能夠保證采集圖像的質(zhì)量，不僅可用于壁畫的數(shù)字化，還可以用于塑像、洞窟、文物遺跡的數(shù)字化圖像采集，為三維博物館提供高清原始圖像。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2是為相機提供照明的發(fā)光二極管外觀示意圖。
[0024]圖3是遙控器示意圖。
[0025]圖4是設(shè)備的控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖。
[0026]圖5是設(shè)備運行流程圖。
[0027]圖6是設(shè)備架設(shè)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0029]參見圖1本裝置的具體結(jié)構(gòu)如下:古代壁畫圖像采集裝置由相機、導(dǎo)軌支架、照明系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。相機如101所示，采用Sinar牌P2型，分辨率3300萬像素的大畫幅專業(yè)相機，負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)采集，相機的拍攝的圖像數(shù)據(jù)存儲在太字節(jié)的固態(tài)硬盤中；導(dǎo)軌支架由下部部的可伸縮滑動導(dǎo)軌和相機支撐桿組成。103為滑動導(dǎo)軌，104為可調(diào)節(jié)高度的導(dǎo)軌支架底座，106為可伸縮的導(dǎo)軌主體，102是可伸縮的相機支撐桿，105是控制相機角度的360度云臺。滑動導(dǎo)軌的滑動、導(dǎo)軌底座的高度調(diào)節(jié)、支撐桿的高度調(diào)節(jié)，相機的角度調(diào)節(jié)均通過電子調(diào)節(jié)，信號由遙控器發(fā)出。
[0030]圖2是照相機照明系統(tǒng)示意圖。有若干小型發(fā)光二極管圍繞在相機鏡頭周圍，通過遙控器可以連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)光強度為拍攝提供光照。201是相機外殼，202是相機鏡頭，203是發(fā)光二極管。
[0031]圖3是遙控器示意圖，由按鍵和液晶顯示屏構(gòu)成。313是液晶顯示屏，314是遙控器面板，307是遙控器開關(guān)，301、302、303、304、305、306分別是滑動導(dǎo)軌長度、滑動導(dǎo)軌左側(cè)高度、滑動導(dǎo)軌右側(cè)高度、滑動導(dǎo)軌滑動、支撐桿高度、照明的正向調(diào)節(jié)按鈕(即伸長、升高、向左、調(diào)亮)，307是和301?306按鈕對應(yīng)的反向調(diào)節(jié)的按鈕(即縮短、降低、向右、調(diào)暗)。309是開啟或關(guān)閉手動采集模式(按鈕按下是開啟，彈起是關(guān)閉)，310是開啟或關(guān)閉自動采集模式(按鈕按下是開啟，彈起是關(guān)閉)。在自動采集模式下，通過312的數(shù)字按鍵輸入壁畫的大致長度和高度，311是控制相機角度的滾動球。
[0032]圖4是控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖?？刂葡到y(tǒng)由核心控制器、相機采集模塊、遙控控制模塊、圖像編解碼模塊、液晶顯示屏顯示模塊、無線傳輸控制模塊、PWM控制調(diào)速模塊、照明系統(tǒng)控制模塊、固態(tài)硬盤存儲模塊構(gòu)成。所有的控制信息由遙控控制模塊發(fā)出，通過核心控制器對遙控信號進行編碼，控制各個模塊動作。
[0033]圖5是整個裝置的工作流程圖。裝置工作前首先估計壁畫的高度和寬度，根據(jù)該數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)滑動導(dǎo)軌高度、寬度、支撐桿的高度。然后根據(jù)液晶顯示屏顯示的壁畫效果進行相機角度和照明的調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)好之后開始進行采集。
[0034]圖6是設(shè)備架設(shè)示意圖。裝置主體置于壁畫正前方，調(diào)整合適的距離，用遙控器調(diào)節(jié)導(dǎo)軌、支撐桿、照明系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)所有調(diào)節(jié)準(zhǔn)備好之后選擇工作模式進行圖像采集。
[0035]裝置中信號的具體處理過程如下:
[0036]采集的圖像信號:圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼通過SATA2.0接口以3Gb/s的傳輸速度將圖像存儲到固態(tài)硬盤中；
[0037]遙控器發(fā)出的控制信號:控制系統(tǒng)的啟停，通過各個按鈕調(diào)節(jié)導(dǎo)軌、支撐桿、相機角度、照明和工作模式。
[0038]實際應(yīng)用舉例如下:
[0039]本實用新型在進行壁畫圖像采集時需要首先預(yù)估壁畫的長和寬，以便進行導(dǎo)軌長度的調(diào)整和支撐桿高度的調(diào)整。采集流程如圖5所示。1.采集設(shè)備架設(shè)。設(shè)備的架設(shè)如圖6所示。裝置主體和壁畫的距離根據(jù)相機的鏡頭參數(shù)和所處的環(huán)境進行調(diào)整，將裝置主體穩(wěn)定放置。2.通過圖3的301?306和308對裝置主體各部件調(diào)整。如果壁畫不是水平方向，首先通過遙控器301和308對應(yīng)按鍵調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的長度，如圖1中106所示，使長度和壁畫的長度基本一致。通過遙控器302或303和308對應(yīng)按鍵調(diào)節(jié)導(dǎo)軌左右高度，如圖1中104所示，使導(dǎo)軌和壁畫在水平方向保持平行。通過305和308對應(yīng)按鍵調(diào)節(jié)支撐桿高度，如圖1中102所示，使相機達(dá)到壁畫的最大高度附近，如圖1中101所示。通過311對相機角度進行調(diào)整。通過305和308對應(yīng)按鍵進行圖2中203所示的發(fā)光二極管照明調(diào)節(jié)，根據(jù)液晶顯示屏上壁畫的顯示效果進行照明的亮度調(diào)整。調(diào)節(jié)好之后開始拍攝。3.壁畫照片采集。拍攝可以選擇手動拍攝和自動拍攝兩種模式。當(dāng)選擇手動拍攝時，需要先調(diào)節(jié)好相機位置，然后進行拍攝，拍攝一張以后再次調(diào)整位置進行拍攝；若選擇自動拍攝，需要以最初相機所在壁畫左上角位置為基準(zhǔn)點，輸入壁畫的長度和高度，裝置自動計算導(dǎo)軌的運動速度和時間以及支撐桿的下降時間。計算完成，在屏幕上顯示掃描路徑，并提示使用者是否開始拍攝，若選擇開始，則相機由左向右，由上向下進行掃描拍攝。拍攝的照片在輸入到裝置之后經(jīng)過編碼存儲在固態(tài)硬盤中。4.當(dāng)采集完成后，選擇裝置恢復(fù)初始態(tài)，導(dǎo)軌和支撐桿恢復(fù)原狀，關(guān)閉電源。
【權(quán)利要求】
1.一種壁畫圖像采集裝置，其特征在于:包括一臺相機、一個核心控制器、一個連接相機的固態(tài)硬盤、一套照明系統(tǒng)、相機導(dǎo)軌支架系統(tǒng)、和相機無線連接的液晶顯示器、遙控器； 所述相機，能夠采集超高清彩色圖像；相機能夠由遙控器控制；相機采集的圖像能夠通過輸入到核心控制器進行編碼之后通過串口存儲到固態(tài)硬盤中； 所述連接相機的固態(tài)硬盤至少在太字節(jié)級別，能夠滿足圖像的存儲和傳輸速度的要求； 所述導(dǎo)軌支架系統(tǒng)包括接于相機的通過遙控器遠(yuǎn)程控制自動調(diào)節(jié)角度的三維云臺、自動調(diào)節(jié)高度的支撐桿、自動調(diào)節(jié)高低和長度的滑動導(dǎo)軌構(gòu)成；所述三維云臺能夠360度調(diào)節(jié)相機角度，云臺、支撐桿和導(dǎo)軌均能夠接收核心控制器發(fā)出的信號自動調(diào)整角度、高度、長度； 所述導(dǎo)軌支架系統(tǒng)由碳纖維材料制成； 照明系統(tǒng)有若干小型發(fā)光二極管圍繞在相機鏡頭周圍。
【文檔編號】G05D3/12GK204104062SQ201420650337
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月2日
【發(fā)明者】張永明, 賈陽, 林高華, 方俊, 王進軍 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)