CN105931177B - 特定环境下的图像采集处理装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特定环境下的图像采集处理装置，包括采集相机、第一闪光灯、第二闪光灯、云台、横杆、支架、采集终端和电源，横杆固定于支架上，云台固定于横杆上，采集相机固定于云台的顶面，第一闪光灯和第二闪光灯均固定于横杆上，且云台位于第一闪光灯与第二闪光灯的中间；采集终端包括存储模块和图像处理模块；图像处理模块从存储模块读取原始采集数据处理得到3D壁画模型数据和2D壁画图像数据。本发明的优点在于通过高清采集相机和闪光灯能够采集高清的壁画原始采集数据，并通过图像处理模块处理得到3D壁画模型数据和2D壁画图像数据；不管采集环境的墙壁是否有变形，都可以实现准确的壁画定位。

Description

特定环境下的图像采集处理装置及其方法
技术领域
本发明涉及图像采集处理领域，具体涉及特定环境下的图像采集处理装置及其方法。
背景技术
我国的壁画文化历史悠久，有着巨大的艺术价值和科学价值，但是由于自然环境和人为因素等原因，导致诸多古代壁画文物遭到损坏；为了便于壁画的修复工作和壁画文化的传播发展，将壁画图像进行采集和存储变得非常重要；如今电子技术飞速发展，如何采用数字摄影和图像处理技术来对壁画图像进行采集处理和存储成了一个非常重要的技术问题。
发明内容
针对上述问题，为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种可以采集高清壁画图像并进行处理的装置及其方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
方案一：
特定环境下的图像采集处理装置，包括采集相机、第一闪光灯、第二闪光灯、云台、横杆、支架、采集终端和电源，横杆固定于支架上，云台固定于横杆上，采集相机固定于云台的顶面，所述第一闪光灯和第二闪光灯均固定于横杆上，且云台位于第一闪光灯与第二闪光灯的中间；采集终端包括存储模块和图像处理模块，图像处理模块、存储模块和采集相机依次电性连接；所述电源为第一闪光灯和第二闪光灯供电；
所述采集相机将采集到的原始采集数据发送至存储模块；图像处理模块从存储模块读取原始采集数据，将该原始采集数据处理得到3D壁画模型数据和2D壁画图像数据，并将该3D壁画模型数据和2D壁画图像数据发送至存储模块。
作为优选，所述采集终端还包括和存储模块电性连接的显示模块。
作为优选，还包括轨道，所述支架设于轨道上，所述支架可沿该轨道移动。
作为优选，所述支架为可调节伸缩杆。
作为优选，所述第一闪光灯和第二闪光灯之间的距离为1米。
作为优选，所述第一闪光灯和第二闪光灯的功率均为600瓦秒。
方案二：
特定环境下的图像采集处理方法，包括如下步骤：
S1：采集相机对壁画进行图像采集，以得到符合预设条件的原始采集数据，所述预设条件包括原始采集数据的光学分辨率不小于分辨率预设值，以及采集相机按照预设顺序连续对壁画进行图像采集；
S2：采集相机将原始采集数据发送至存储模块，图像处理模块从存储模块读取原始采集数据；
S3：图像处理模块根据原始采集数据得到原始采集数据在空间坐标的3D点云数据，并根据3D点云数据得到3D壁画模型数据；
S4：图像处理模块将3D点云数据映射到二维平面上，生成2D壁画图像数据；
S5：图像处理模块将3D壁画模型数据和2D壁画图像数据发送至存储模块。
作为优选，所述S1中的预设条件还包括每两个相邻的原始采集数据的重叠率不小于70％；定义壁画从上到下分成若干排，所述预设顺序为，按照从上至下的顺序对若干排壁画依次进行采集，对每一排壁画从左至右进行采集。
作为优选，所述S1中的分辨率预设值为300dpi。
作为优选，所述S1中，通过调节特定环境下的图像采集处理装置与壁画之间的距离以使原始采集数据的光学分辨率符合预设条件。
相比现有技术，本发明的有益效果在于，通过高清采集相机和闪光灯能够采集高清的壁画原始采集数据，并通过图像处理模块处理得到3D壁画模型数据和2D壁画图像数据；不管采集环境的墙壁是否有变形，都可以实现准确的壁画定位。
附图说明
图1为本发明的特定环境下的图像采集处理装置的结构示意图；
图2为本发明的特定环境下的图像采集处理方法的流程图。
图中，10、采集相机；20、第一闪光灯；21、第二闪光灯；30、云台；40、支架；401、横杆。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
特定环境下的图像采集处理装置，包括采集相机10、第一闪光灯20、第二闪光灯21、云台30、横杆401、支架40、采集终端、轨道和电源；所述采集终端包括图像处理模块、存储模块和显示模块；所述图像处理模块和显示模块均与存储模块连接。
如图1所示，所述横杆401水平固定于支架40上；云台30固定于横杆401上，优选固定于横杆401的中端；采集相机10固定于云台30的顶面；所述第一闪光灯20和第二闪光灯21均固定于横杆401上，且云台30位于第一闪光灯20和第二闪光灯21的中间；优选地分别固定于横杆401的两端；采集相机10、第一闪光灯20和第二闪光灯21处于同一直线上，且与横杆401处于一个平面上。
所述支架40为碳纤维支架，支架40为可调节伸缩杆，支架40可控制云台30上下竖直移动，以带动采集相机10上下竖直移动；所述支架40架设于轨道上方，支架40可以沿着轨道移动，以带动云台30和采集相机10左右水平移动。
所述电源为第一闪光灯20和第二闪光灯21供电；
所述采集相机10与采集终端电性连接；所述采集相机10与存储模块连接，所述采集相机10将采集到的原始采集数据发送至存储模块，所述显示模块从存储模块读取原始采集数据并显示原始采集数据，使用者可以通过采集终端的显示模块查看原始采集数据；所述图像处理模块从存储模块读取原始采集数据，将原始采集数据进行图像处理得到3D壁画模型数据和2D壁画图像数据，并将该3D壁画模型数据和2D壁画图像数据发送至存储模块进行存储；
所述采集终端为电脑，所述电脑包括1394火线接口；所述图像处理模块为AgisoftPhotoScan Professional。
所述采集相机10包括镜头、机身和数码后背，所述镜头、机身和数码后背依次连接，数码后背与采集终端连接；如果由于拍摄场地所限，拍摄距离不大于1米时，所述采集相机10包括镜头和机身，所述机身和采集终端连接，采集分辨率为300dpi；所采用的影像传感器不小于单帧4000万像素，具备准确的色彩还原能力；所述镜头具备多层镀膜及大像场，可支持CCD的移轴功能，可解释6.0微米的高清水平。
所述闪光灯的功率均为600瓦秒，显色指数均不小于96％。
采集环境包括壁画墓、古代建筑和石窟寺，采集空间为1立方米或更大。
调节采集处理装置距离采集对象2.16米时，采集分辨率为300dpi；调节采集处理装置距离采集对象1.6米时，采集分辨率为400dpi；所述第一闪光灯20和第二闪光灯21之间的距离为1米；采集分辨率越高，原始采集数据放大倍率越大，以使最终得到的壁画图像更高清。
采集时，根据采集对象的位置，调节支架40的水平位置和竖直位置；通过水平仪调节采集设备，使第一闪光灯20、第二闪光灯21、采集相机10和横杆401所在的平面与采集对象平行；
所述第一闪光灯20输出在采集对象上的光源区域为第一光源区域，第二闪光灯21输出在采集对象上的光源区域为第二光源区域，第一光源区域和第二光源区域重叠的重叠光源区域面积为1平方米；分别采集重叠光源区域的四个角以及中心点的灯光输出量，调整第一闪光灯20和第二闪光灯21的位置，使得重叠光源区域的四个角的灯光输出量和中心点的灯光输出量误差值不大于0.1EV。
调整本装置的位置后，采集洞窟、墓室或古建筑的一面墙壁上的壁画；采集完成一面墙壁之后，移动轨道至另一面墙壁下，再采集另一面墙壁上的壁画；每两个相邻的原始采集数据之间的数据重叠率不小于70％；将采集相机10采集到的原始采集数据发送至采集终端进行存储和处理。
如图2所示，一种特定环境下的图像采集处理方法，包括：
步骤S1、采集相机对壁画进行图像采集，以使原始采集数据的光学分辨率不小于分辨率预设值；所述分辨率预设值为300dpi，通过调节采集处理装置与壁画之间的距离来调节原始采集数据的光学分辨率；当采集处理装置距离采集对象2.16米时，光学分辨率为300dpi；采集处理装置距离采集对象1.6米时，光学分辨率为400dpi；采集相机10按照预设规则采集壁画的原始采集数据；将壁画从上到下定义分成若干排，所述预设顺序为：壁画最高处一排区域为第一排，从左到右采集第一排原始采集数据，结束第一排采集后，再从左到右采集第二排原始采集数据；就这样按照从上往下的顺序对若干排壁画依次进行采集对每一排壁画从左往右进行采集；每两个相邻的原始采集数据重叠率不小于70％，重叠率不小于70％可以保证连续的原始采集数据之间的信息关联性足够高，并能保证在进行后续图像处理过程得到的壁画图像还原度足够高；采集完成一面墙之后，移动采集处理装置至另一面墙下，进行另一面墙的壁画采集；
步骤S2、采集相机10将原始采集数据发送至采集终端的存储模块；图像处理模块从存储模块读取原始采集数据；
步骤S3、图像处理模块对原始采集数据进行处理，根据原始采集数据计算不同位置拍摄的图像之间的空间关系，得到原始采集数据在空间坐标的3D点云数据；该点云数据的每个空间点都带有RGB色彩信息，因此组成了一副彩色的3D壁画模型数据；根据采集过程中不同墙面的原始采集数据之间的3D点云数据的关联性，可以得到不同墙面的3D壁画模型数据，将邻近的墙面的3D壁画模型数据组合可以得到该采集环境的完整的3D壁画模型数据；
步骤S4、图像处理模块将3D点云数据映射到二维平面上，可以精确定位壁画的位置，最终生成高精度的2D壁画图像数据；所述2D壁画图像数据为正射影像，没有透视效果，不管采集环境的墙壁是平面、凹面或凸面，本方法都可以准确地把2D壁画图像还原出来；
步骤S5、图像处理模块将2D壁画图像数据和3D壁画模型数据发送至存储模块；所述显示模块可以从存储模块读取2D壁画图像数据和3D壁画模型数据以显示，使用者可以通过显示模块查看2D壁画图像数据和3D壁画模型数据。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种特定环境下的图像采集处理装置，其特征在于，所述特定环境包括壁画、墓室、古建筑、石窟寺，所述采集处理装置包括采集相机、第一闪光灯、第二闪光灯、云台、横杆、支架、采集终端和电源，横杆固定于支架上，所述支架架设于轨道上方，所述轨道与采集对象平行，所述支架为可调节伸缩杆，云台固定于横杆上，采集相机固定于云台的顶面，所述采集相机采用的影像传感器具备色彩还原能力，所述采集相机的镜头具备多层镀膜及大像场，所述第一闪光灯和第二闪光灯均固定于横杆上，且云台位于第一闪光灯与第二闪光灯的中间，所述第一闪光灯与所述第二闪光灯形成重叠光源区域，所述重叠光源区域的面积为1平方米，通过调整第一闪光灯和第二闪光灯的位置，使所述重叠光源区域的四个角的灯光输出量和中心点的灯光输出量误差值不大于0.1EV；采集终端包括存储模块和图像处理模块，图像处理模块、存储模块和采集相机依次电性连接；所述电源为第一闪光灯和第二闪光灯供电；
采集相机对壁画进行图像采集，以得到符合预设条件的原始采集数据，所述预设条件包括原始采集数据的光学分辨率不小于分辨率预设值，以及采集相机按照预设顺序连续对壁画进行图像采集，所述采集相机将采集到的原始采集数据发送至存储模块；图像处理模块从存储模块读取原始采集数据，根据原始采集数据得到原始采集数据在空间坐标的3D点云数据，所述3D点云数据的每个空间点都带有RGB色彩信息，并根据3D点云数据得到3D壁画模型数据，将3D点云数据映射到二维平面上，生成2D壁画图像数据，并将该3D壁画模型数据和2D壁画图像数据发送至存储模块，其中，所述预设条件还包括每两个相邻的原始采集数据的重叠率不小于70％；定义壁画从上到下分成若干排，所述预设顺序为，按照从上至下的顺序对若干排壁画依次进行采集，对每一排壁画从左至右进行采集，所述分辨率预设值为300dpi，通过调节采集处理装置与壁画之间的距离来调节原始采集数据的光学分辨率。
2.如权利要求1所述的特定环境下的图像采集处理装置，其特征在于，所述采集终端还包括和存储模块电性连接的显示模块。
3.如权利要求1所述的特定环境下的图像采集处理装置，其特征在于，所述第一闪光灯和第二闪光灯之间的距离为1米。
4.如权利要求1所述的特定环境下的图像采集处理装置，其特征在于，所述第一闪光灯和第二闪光灯的功率均为600瓦秒。
5.一种特定环境下的图像采集处理方法，应用于权利要求1至权利要求4任一项所述的特定环境下的图像采集处理装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1：采集相机对壁画进行图像采集，以得到符合预设条件的原始采集数据，所述预设条件包括原始采集数据的光学分辨率不小于分辨率预设值，以及采集相机按照预设顺序连续对壁画进行图像采集，所述分辨率预设值为300dpi，所述预设条件还包括每两个相邻的原始采集数据的重叠率不小于70％；定义壁画从上到下分成若干排，所述预设顺序为，按照从上至下的顺序对若干排壁画依次进行采集，对每一排壁画从左至右进行采集，通过调节图像采集处理装置与壁画之间的距离来调节原始采集数据的光学分辨率；
S2：采集相机将原始采集数据发送至存储模块，图像处理模块从存储模块读取原始采集数据；
S3：图像处理模块根据原始采集数据得到原始采集数据在空间坐标的3D点云数据，并根据3D点云数据得到3D壁画模型数据；
S4：图像处理模块将3D点云数据映射到二维平面上，生成2D壁画图像数据；
S5：图像处理模块将3D壁画模型数据和2D壁画图像数据发送至存储模块。
6.如权利要求5所述的特定环境下的图像采集处理方法，其特征在于，所述S1中，通过调节特定环境下的图像采集处理装置与壁画之间的距离以使原始采集数据的光学分辨率符合预设条件。
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