CN106373185A

CN106373185A - 可移动文物的多视角三维重建方法及装置

Info

Publication number: CN106373185A
Application number: CN201610757264.0A
Authority: CN
Inventors: 刘建国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本发明公开一种可移动文物的多视角三维重建方法及装置，能够简化可移动文物三维重建的过程，且处理过程较快。所述方法包括：获取待进行三维重建的文物的两组影像，其中，两组影像中一组影像需要连同测量控制板一起获取，两组影像分别是利用相机通过围绕放置在不同位置的不同支撑台面上的文物拍摄多圈影像得到，拍摄两组影像中第一组影像时文物的顶部不与文物所在的支撑台面接触，拍摄两组影像中第二组影像时文物的底部不与文物所在的支撑台面接触；根据两组影像生成文物的部分密集点云，基于测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系，在三维坐标系中将部分密集点云进行合并生成文物的密集点云；根据文物的密集点云重建文物的三维模型。

Description

可移动文物的多视角三维重建方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种可移动文物的多视角三维重建方法及装置。

背景技术

随着时间的流逝和人类活动的影响，文物不断遭到破坏，如何对文物进行数字化处理，以实现其三维展示，对于传播文化具有重要的意义。

现在可以通过手持激光扫描仪等相关设备来重建文物的三维模型，但是此种方法操作复杂，数据处理周期长，且设备昂贵，不便于推广。具体来说，手持激光扫描仪等可以获取可移动文物的三维点云数据，但是后期粘贴点云的工作很费时间，而且效果很差。即便有的手持激光扫描仪可以生成纹理，但是由于像素低往往还需要重新拍摄数字影像粘贴纹理。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种可移动文物的多视角三维重建方法及装置。

一方面，本发明实施例提出一种可移动文物的多视角三维重建方法，包括：

S1、获取待进行三维重建的文物的两组影像，其中，所述两组影像中一组影像需要连同测量控制板一起获取，所述两组影像分别是利用相机通过围绕放置在不同位置的不同支撑台面上的所述文物拍摄多圈影像得到，拍摄所述两组影像中第一组影像时所述文物的顶部不与所述文物所在的支撑台面接触，拍摄所述两组影像中第二组影像时所述文物的底部不与所述文物所在的支撑台面接触；

S2、根据所述两组影像生成所述文物的部分密集点云，基于所述测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系，在所述三维坐标系中将所述部分密集点云进行合并生成所述文物的密集点云；

S3、根据所述文物的密集点云重建所述文物的三维模型。

另一方面，本发明实施例提出一种可移动文物的多视角三维重建装置，包括：

获取单元，用于获取待进行三维重建的文物的两组影像，其中，所述两组影像中一组影像需要连同测量控制板一起获取，所述两组影像分别是利用相机通过围绕放置在不同位置的不同支撑台面上的所述文物拍摄多圈影像得到，拍摄所述两组影像中第一组影像时所述文物的顶部不与所述文物所在的支撑台面接触，拍摄所述两组影像中第二组影像时所述文物的底部不与所述文物所在的支撑台面接触；

生成单元，用于根据所述两组影像生成所述文物的部分密集点云，基于所述测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系，在所述三维坐标系中将所述部分密集点云进行合并生成所述文物的密集点云；

重建单元，用于根据所述文物的密集点云重建所述文物的三维模型。

本发明实施例提供的可移动文物的多视角三维重建方法及装置，通过拍摄文物的两组影像，分别生成密集点云，并将生成的密集点云合并生成文物的密集点云，根据文物的密集点云来重建文物的三维模型，整个重建过程只需要人来拍摄文物的两组影像，并输入处理软件，即可实现文物三维模型的重建，相较于采用手持激光扫描仪进行三维重建的现有技术，实现过程较为简单，整个数据处理周期较短，且所需的设备数字相机、处理器造价较低。

附图说明

图1为本发明可移动文物的多视角三维重建方法一实施例的流程示意图；

图2为拍摄第一组影像的对焦位置示意图；

图3为拍摄第二组影像的对焦位置示意图；

图4为彩陶簋盖的俯视影像图；

图5为本发明可移动文物的多视角三维重建装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1，本实施例公开一种可移动文物的多视角三维重建方法，包括：

在具体应用中，在拍摄每一组影像时，需要拍摄到文物当前主要的特征区域。

在具体应用中，所述根据所述两组影像生成所述文物的部分密集点云，可以包括：

对于每一组影像，对该组影像进行对齐照片处理，得到所述文物的稀疏点云，根据所述稀疏点云建立所述文物的部分密集点云。

需要说明的是，在所述基于所述测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系之前，还可以包括：

根据所述第一组影像的密集点云构建三维模型，并对所述控制点进行标注。其中，根据所述第一组影像的密集点云构建三维模型时可以根据所述第一组影像的密集点云先生成网格，再在生成的网格上生成纹理。所述控制点的数量至少为3个，优选为4个，且所述控制点不在同一条直线上。

需要说明的是，在所述三维坐标系中将所述部分密集点云进行合并生成所述文物的密集点云之前，需要将两组影像生成的密集点云的相互位置关系对应起来，并删除除文物外的密集点云。

S3、根据所述文物的密集点云重建所述文物的三维模型。

本发明实施例提供的可移动文物的多视角三维重建方法，通过拍摄文物的两组影像，分别生成密集点云，并将生成的密集点云合并生成文物的密集点云，根据文物的密集点云来重建文物的三维模型，整个重建过程只需要人来拍摄文物的两组影像，并输入处理软件，即可实现文物三维模型的重建，实现过程较为简单，整个数据处理周期较短，且所需的设备数字相机、处理器造价较低。

为了生成可移动文物上下左右各个角度的三维模型，其多视角影像一般分两组拍摄，然后可以在Agisoft Photoscan软件中分别生成密集点云，最后通过密集点云合并生成完整文物的密集点云。在此选择辽宁省建昌县东大杖子墓地M40:16的彩陶簋盖作为样例，介绍多视角影像的拍摄与三维模型合成方法。

拍摄可移动文物多视角影像的数字相机最好具有可翻转的显示屏，便于从不同角度对文物进行取景、拍摄。理想的拍摄环境是将文物放置室外走廊的阴影下或使用大遮阳伞，避免阳光直接照射到文物。相机设置成手动档(M档)，选择文物最亮部分测光，设置光圈与曝光时间，使其曝光合适，一件器物的影像使用相同参数设置，较暗部位可以曝光稍弱，必要时可以使用软件调整影像的亮度与反差。光圈数值最好选择8或10，这是每只镜头成像最佳的光圈，而且具有较好的景深。曝光时间应小于1/60秒。一般相机的感光度设置在100～400之间，少数高感光度相机可以增加。手动设置白平衡为日光或阴天等模式，因为自动白平衡模式在拍摄不同角度影像时，往往会由于白平衡模式的变化，导致相邻影像之间出现色调差异很大的情况。对焦模式选择中心位置单点、单次自动对焦。尽量不使用闪光灯拍摄，如果必须使用，应该启用闪光灯的TTL模式。

拍摄第一组影像时，首先将测量控制板放置在平整、稳定的小台面上，然后在测量控制板上平稳地放置彩陶簋盖。对于比较大的可移动文物，可以将测量控制板水平放置在文物附近。如果对三维重建后文物的色调要求很高，拍摄时还应该摆放标准色卡，以便后期对照色卡调整模型纹理的色调。按照图2中箭头指示的方向围绕彩陶簋盖拍摄4圈影像；再把彩陶簋盖翻转过来，放在另外一个台面上按照图3中箭头指示的方向围绕彩陶簋盖拍摄另外4圈影像。两组影像中的第一圈拍摄5～6幅影像，第二、三、四圈分别拍摄12～15幅影像。整件器物拍摄80～100幅影像即可。其中拍摄第二组影像时不需要使用测量控制板，但是必须与拍摄第一组影像时使用不同位置安放的不同台面，否则两组影像生成的点云数据就会以共同的台面为参照进行配准，无法生成完整的三维模型。拍摄第二组影像时，文物可以倒置，也可以侧立放置，只要让其底部不与台面接触即可。

在进行三维重建之前，应该首先检查全部影像的亮度、反差是否合适。对于亮度暗淡、反差低平的影像，应该设置合理统一的参数对全部影像进行调整。

在Agisoft Photoscan软件中，首先建立两个“堆块”分别加载拍摄的两组多视角影像。其中第一组拍摄的影像要运用“工作流程”菜单中“对齐照片”、“建立密集点云”、“生成网格”、“生成纹理”的四个步骤，然后依次精确标注测量控制板上4个控制点，在“参照”面板中分别输入4个控制点的三维坐标数据，进行“设置”后检查各控制点的误差情况。

第二组拍摄的影像只处理“工作流程”菜单中的“对齐照片”与“建立密集点云”两个步骤。然后运行“工作流程”菜单中的“对齐堆块”，之后使用点云编辑工具删除拍摄时支撑台面、测量控制板的点云与离散噪点等的密集点云。再运行“工作流程”菜单中的“合并堆块”，选择菜单中的“合并密集点云”选项，软件会生成一个名为“Merged Chunk”的堆块，查看合并后的密集点云是否完整，回到“参照”面板中点击“设置”图标进行坐标系设置。再运行“工作流程”菜单中的“生成网格”与“生成纹理”，完成整件文物的三维重建工作。

各项设置参数不宜过大，“建立密集点云”的“质量”选项选择“中”、“低”或“最低”，“生成网格”的“面数”为80万左右，“生成纹理”的“纹理大小”为6000～20000即可。

根据三维模型即可直接导出各平面、立面、剖面等正射影像图。彩陶簋盖的俯视影像图可参见图4所示。

参看图5，本实施例公开一种可移动文物的多视角三维重建装置，包括：

获取单元1，用于获取待进行三维重建的文物的两组影像，其中，所述两组影像中一组影像需要连同测量控制板一起获取，所述两组影像分别是利用相机通过围绕放置在不同位置的不同支撑台面上的所述文物拍摄多圈影像得到，拍摄所述两组影像中第一组影像时所述文物的顶部不与所述文物所在的支撑台面接触，拍摄所述两组影像中第二组影像时所述文物的底部不与所述文物所在的支撑台面接触；

生成单元2，用于根据所述两组影像生成所述文物的部分密集点云，基于所述测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系，在所述三维坐标系中将所述部分密集点云进行合并生成所述文物的密集点云；

生成单元2的具体处理过程如下：对于每一组影像，可以对该组影像进行处理，得到所述文物的稀疏点云，根据所述稀疏点云建立所述文物的部分密集点云；根据所述第一组影像的密集点云构建三维模型，并对所述控制点进行标注；将两组影像生成的密集点云的相互位置关系对应起来，并删除除文物外的密集点云；将两组影像生成的密集点云进行合并，得到所述文物的密集点云。

重建单元3，用于根据所述文物的密集点云重建所述文物的三维模型。

本发明实施例提供的可移动文物的多视角三维重建装置，通过拍摄文物的两组影像，分别生成密集点云，并将生成的密集点云合并生成文物的密集点云，根据文物的密集点云来重建文物的三维模型，整个重建过程只需要人来拍摄文物的两组影像，并输入处理软件，即可实现文物三维模型的重建，实现过程较为简单，整个数据处理周期较短，且所需的设备数字相机、处理器造价较低。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种可移动文物的多视角三维重建方法，其特征在于，包括：

S3、根据所述文物的密集点云重建所述文物的三维模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述两组影像生成所述文物的部分密集点云，包括：

对于每一组影像，对该组影像进行处理，得到所述文物的稀疏点云，根据所述稀疏点云建立所述文物的部分密集点云。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系之前，还包括：

根据所述第一组影像的密集点云构建三维模型，并对所述控制点进行标注。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制点的数量为4个。

5.一种可移动文物的多视角三维重建装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述生成单元，具体用于：

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述生成单元，具体用于在基于所述测量控制板上的多个控制点构建三维坐标系之前，根据所述第一组影像的密集点云构建三维模型，并对所述控制点进行标注。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制点的数量为4个。