[发明专利]一种便携非接触式文物外形和纹理采集设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种便携非接触式文物外形和纹理采集设备，主要用于文物器形三维结构数字化及纹理信息采集获取，从而进一步地进行古文物断代研究、保护及数字化博物馆的建立。

背景技术

对珍贵文物进行数字化处理，建成基于网络的数字化博物馆系统，可以较好地解决丰富的展品与有限的展览空间、时间之间的矛盾，进一步开拓博物馆藏品保护、研究和展示的新领域，还可以实现博物馆管理手段的现代化。由于古文物具有轮廓复杂、不宜接触、纹理信息丰富等特点，因此如何迅速且准确获取古文物三维及纹理信息成为一个关键点。其中，数字化任务主要包括外形、内腔及纹理信息的获取与处理。

现有的文物数字化方法主要有：摄影测量技术、三维激光扫描技术、激光三角法及工业CT技术。摄影测量技术通过采集文物图像，再导入到上位机进行特征点提取与匹配，最后重建得到文物的三维模型及表面纹理，因为其只需要拍摄文物图片，在上位机借助专业图像处理软件进行图片处理即可，所以具有操作简单、方便使用、重建快速等特点，被广泛应用于三维重建领域；三维激光扫描技术，其通过激光测距和两轴运动能够快速得到立体直观的三维模型，且其反射光路是按发射光路返回，因此不受杂物遮挡影响，在对大范围文物结构、体积等方面的研究领域具有其他方式无可比拟的优势；激光三角法技术能够快速得到平面文物的空间位置及结构信息，对于测量小范围对象具有较多优势；工业CT技术，依据辐射在被检测文物中的减弱和吸收特性来进行工作，最后用计算机处理及图像重建技术来显示出来，因此其可以对文物器形内腔进行测量。

以上技术各有特点，但是对于文物器形的数据获取存在着如下缺陷：摄影测量技术方式，其分离出的纹理信息分辨率低、带有成像投影畸变，得到外形点云往往噪声较多，为进行考古研究带来了不便；三维激光扫描技术，相应扫描设备价格昂贵，在进行户外工作时易受天气环境及光线影响，而且单纯的三维激光扫描技术还不能有效提取纹理色彩信息，依然需要其他设备的配合；对于激光三角法，单纯激光三角法不能提取纹理色彩信息，依然需要其他设备的配合；工业CT技术设备体积庞大不便搬运，可测量对象尺寸较小，价格昂贵，不能得到纹理信息等原因，很难应用于文物器形外形及纹理数字化领域。

发明内容

本发明目的在于针对现有对文物器形进行三维重建中的方法的缺点进行研究，提供一种便携非接触式文物外形和纹理采集设备，实现了对文物器形三维数据的快速采集、更快地获取文物器形外形结构和完整的纹理信息展开图像，发明了便携式文物三维数字化设备，可以为文物保护和断代研究提供更加精确和全面的数字化模型。本发明主要解决的技术问题有：

1.本发明主要解决现有技术采集到文物纹理信息的分辨率低、带有成像畸变以及外形点云噪声较多等缺点。

2.本发明需要解决外形采集和纹理信息采集的集成问题，并且实现外形和纹理信息采集系统的不可快速分离和携带问题。

为实现精确真实反应和测量文物外形及纹理数据的上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种便携非接触式文物外形和纹理采集设备，包括外形采集机构、纹理采集机构及文物回转控制箱。其中外形采集机构包括3D激光扫描仪、手动旋转台及L型支架等部件；纹理采集机构包括工业相机、紧凑型远心镜头、镜头支架及镜头底板等；控制箱体中包含了伺服旋转机构、控制导轨运动的驱动器和连接板等部件。外形采集机构和纹理采集机构通过模块化结构和箱体连接，固定于控制箱体一侧。该设备主要用于文物器形三维结构数字化及纹理信息采集获取，文物放置于控制箱体的转台上，在距离转台回转轴一定距离处放置外形采集机构和纹理采集机构。通过控制箱体中的外部连接板与外形及纹理采集机构的L型支架连接来完成两部分的固定装配。外形采集机构基于激光三角法的侧头完成外形点云的采集，结合得到的距离值及转台转过角度值，完成极坐标系向直角坐标系的转换，得到回转体点云；而纹理采集机构采用高分辨率的工业相机和紧凑型远心镜头的配合，通过平行投影完成对纹理的无畸变采集，取图像中间有限列像素，放置于新的大图中，如此往复完成对一圈图像采集，实现对纹理数据的采集。