CN109961505A - 一种古代墓室结构数字化重建*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种古代墓室结构数字化重建***，包括用户交互终端、无线通讯单元和云端处理终端，用户交互终端通过无线通讯单元与云端处理终端实现无线双向连接，用户交互终端包括用户登录单元、显示模块和图像数据采集单元，图像数据采集单元包括相机摄像模块、图像数据编码模块、图像数据排序模块、图像数据整理模块和拍摄时间计时模块，本发明涉及数字化建模技术领域。该古代墓室结构数字化重建***，可大大节省了整体建模的时间，无需花费***大量的时间进行特征点的提取和计算，并且大大提高了墓室数字化建模的准确度，实现既快速又准确的对墓室进行全面的数字化三维重建，从而大大方便了考古人员的墓室研究工作。
Description
技术领域
本发明涉及数字化建模技术领域，具体为一种古代墓室结构数字化重建***。
背景技术
古墓指的是有史以来已经死亡的人的坟墓，一般是指那种具有代表性和研究价值的的坟墓，古代平民一般按照活人宅院设计的，有主室、后室、两间耳室，墓主的棺椁就停在主室正中央，贵族则庞大的多，地宫的墓室分为前中后三部分，门口吊着千斤闸，从闸门进去，首先是一间“明殿”(冥殿)，按墓主生前家中堂屋的布置，有各种家具摆设，这些器物称为“明器”(冥器)，再往里，中间的墓室，称为“寝殿”，是摆放棺椁的地方，其后是“配殿”，是专门用来放陪葬品的地方，而现今许多考古工作在进行古墓挖掘时，需要对古墓墓室的结构进行数字化重建，方便日后研究。
目前在对墓室结构进行数字化重建时，大多是直接对墓室情况进行全方位的摄像，然后对拍摄的图像进行特征点算法提取和数据处理即可实现对墓室结构的数字化构建，然而，在根据拍摄的图片进行三维建模时，由于每张图片均是无序拍摄和随机处理，因此会花费***大量的时间进行特征点的提取和计算，并且经常出现建模与实际墓室结构差距较大的情况，从而大大降低了墓室数字化三维建模的准确性，无法避免模型失真的情况发生，不能实现既快速又准确的对墓室进行全面的数字化三维重建，从而给考古人员的墓室研究工作带来了极大的不便。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种古代墓室结构数字化重建***，解决了现有墓室三维数字化建模时，由于每张图片均是无序拍摄和随机处理，因此会花费***大量的时间进行特征点的提取和计算，并且经常出现建模与实际墓室结构差距较大的情况，从而大大降低了墓室数字化三维建模的准确性，无法避免模型失真的情况发生，不能实现既快速又准确的对墓室进行全面的数字化三维重建，从而给考古人员的墓室研究工作带来了极大不便的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种古代墓室结构数字化重建***，包括用户交互终端、无线通讯单元和云端处理终端，所述用户交互终端通过无线通讯单元与云端处理终端实现无线双向连接，所述用户交互终端包括用户登录单元、显示模块和图像数据采集单元，所述图像数据采集单元包括相机摄像模块、图像数据编码模块、图像数据排序模块、图像数据整理模块和拍摄时间计时模块，所述相机摄像模块的输出端分别与图像数据编码模块和拍摄时间计时模块的输入端连接，且拍摄时间计时模块的输出端与图像数据编码模块的输入端连接，所述图像数据编码模块的输出端与图像数据排序模块的输入端连接，且图像数据排序模块的输出端与图像数据整理模块的输入端连接，所述云端处理终端包括云端服务器，且云端服务器分别与图像数据解码排序模块、数据算法处理***和微光补偿处理单元实现双向连接。
优选的，所述数据算法处理***包括图像像素点色阶值提取模块、图像特征点选取匹配模块、重复特征点匹配模块和关系图构建模块，所述图像像素点色阶值提取模块的输出端与图像特征点选取匹配模块的输入端连接，且图像特征点选取匹配模块的输出端与重复特征点匹配模块的输入端连接，所述重复特征点匹配模块的输出端与关系图构建模块的输入端连接。
优选的，所述相机摄像模块在进行摄像时，可根据相机的配制组确定相机一次摄像的视野范围角度值α，通过根据重复特征点匹配模块需要匹配的重复特征点的数量确定拍摄重叠范围角度值θ，因此可确定二次摄像边界线与相机起始摄像角度边界线的角度值β，即β＝α-θ。
优选的，所述图像数据解码排序模块是由N个图像识别模块组成，且云端服务器与相机位置定位处理***实现双向连接。
优选的，所述相机位置定位处理***包括图像特征点提取模块、深度值算法处理模块和向量矩阵计算模块，所述图像特征点提取模块的输出端与深度值算法处理模块的输入端连接，且深度值算法处理模块的输出端与向量矩阵计算模块的输入端连接。
优选的，所述云端服务器分别与三维重建模块和微光补偿处理单元实现双向连接，且微光补偿处理单元与数据算法处理***实现双向连接。
优选的，所述用户登录单元的输出端分别与显示模块和图像数据采集单元的输入端连接。
优选的，所述用户登录单元包括用户信息输入模块、用户信息认证模块和用户操作执行模块，所述用户信息输入模块的输出端与用户信息认证模块的输入端连接，且用户信息认证模块的输出端与用户操作执行模块的输入端连接。
(三)有益效果
本发明提供了一种古代墓室结构数字化重建***。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该古代墓室结构数字化重建***，通过在用户交互终端包括用户登录单元、显示模块和图像数据采集单元，图像数据采集单元包括相机摄像模块、图像数据编码模块、图像数据排序模块、图像数据整理模块和拍摄时间计时模块，再分别通过云端服务器、图像数据解码排序模块、数据算法处理***、图像像素点色阶值提取模块、图像特征点选取匹配模块、重复特征点匹配模块、关系图构建模块、图像特征点提取模块、深度值算法处理模块、向量矩阵计算模块和三维重建模块的配合设置，可实现在进行摄像时，可根据相机的配制组确定相机一次摄像的视野范围角度值α，通过根据重复特征点匹配模块需要匹配的重复特征点的数量确定拍摄重叠范围角度值θ，因此可确定二次摄像边界线与相机起始摄像角度边界线的角度值β，很好的进行顺序式重叠拍摄，使每张墓室图像之间均具有有序和一定特征点的关联性，然后再通过***对图像进行顺序特征提取处理，同时在前图片重叠特征点的基础上对下一张图像进行三维建模，从而大大节省了整体建模的时间，无需花费***大量的时间进行特征点的提取和计算，并且大大提高了墓室数字化建模的准确度，很好的避免了出现建模与实际墓室结构差距较大，使模型失真的情况发生，实现了既快速又准确的对墓室进行全面的数字化三维重建，从而大大方便了考古人员的墓室研究工作带来。
(2)、该古代墓室结构数字化重建***，通过在云端服务器分别与三维重建模块和微光补偿处理单元实现双向连接，再通过在微光补偿处理单元与数据算法处理***实现双向连接，可实现对较暗的待处理图片进行微光增强处理，这样很好的避免由于图片较暗无法正常提取特征点的情况发生，从而保证了墓室图片的正常处理。
(3)、该古代墓室结构数字化重建***，通过在用户登录单元包括用户信息输入模块、用户信息认证模块和用户操作执行模块，用户信息输入模块的输出端与用户信息认证模块的输入端连接，且用户信息认证模块的输出端与用户操作执行模块的输入端连接，可实现对用户的个人信息进行识别认证，大大增强了用户的信息安全性能。
附图说明
图1为本发明***的结构原理框图；
图2为本发明图像数据采集单元的结构原理框图；
图3为本发明相机位置定位处理***的结构原理框图；
图4为本发明相机摄像位置与确定摄像范围的原理图。
图中，1用户交互终端、11用户登录单元、111用户信息输入模块、112用户信息认证模块、113用户操作执行模块、12显示模块、13图像数据采集单元、131相机摄像模块、132图像数据编码模块、133图像数据排序模块、134图像数据整理模块、135拍摄时间计时模块、2无线通讯单元、3云端处理终端、31云端服务器、32图像数据解码排序模块、33数据算法处理***、331图像像素点色阶值提取模块、332图像特征点选取匹配模块、333重复特征点匹配模块、334关系图构建模块、34微光补偿处理单元、35相机位置定位处理***、351图像特征点提取模块、352深度值算法处理模块、353向量矩阵计算模块、36三维重建模块。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：一种古代墓室结构数字化重建***，包括用户交互终端1、无线通讯单元2和云端处理终端3，用户交互终端1通过无线通讯单元2与云端处理终端3实现无线双向连接，用户交互终端1包括用户登录单元11、显示模块12和图像数据采集单元13，模型会通过无线通讯单元2传送至用户交互终端1的显示模块12上进行显示，人们只需通过用户交互终端1上的显示模块12即可对墓室所构建的数字化三维模型进行观察和研究，用户登录单元11的输出端分别与显示模块12和图像数据采集单元13的输入端连接，用户登录单元11包括用户信息输入模块111、用户信息认证模块112和用户操作执行模块113，用户信息输入模块111的输出端与用户信息认证模块112的输入端连接，且用户信息认证模块112的输出端与用户操作执行模块113的输入端连接，用户可通过用户交互终端1上的用户登录单元11进行个人信息登录，通过用户信息输入模块111将用户的个人账户和密码输入到***内，然后通过用户信息认证模块112对用户输入的个人账号和密码进行信息认证，认证成功后，用户操作执行模块113可确认用户的操作指令，图像数据采集单元13包括相机摄像模块131、图像数据编码模块132、图像数据排序模块133、图像数据整理模块134和拍摄时间计时模块135，相机摄像模块131的输出端分别与图像数据编码模块132和拍摄时间计时模块135的输入端连接，且拍摄时间计时模块135的输出端与图像数据编码模块132的输入端连接，图像数据编码模块132的输出端与图像数据排序模块133的输入端连接，且图像数据排序模块133的输出端与图像数据整理模块134的输入端连接，相机摄像模块131对墓室内部的结构进行拍摄，在进行摄像时，可根据相机的配制组确定相机一次摄像的视野范围角度值α，通过根据重复特征点匹配模块333需要匹配的重复特征点的数量确定拍摄重叠范围角度值θ，因此可确定二次摄像边界线与相机起始摄像角度边界线的角度值β，然后根据墓室的大小，拍摄相应数量的图片，拍摄的同时拍摄时间计时模块135开始计时，使拍摄的每张图片均对应一个准确时间，同时图像数据编码模块132对拍摄的每个图像进行编号，然后通过图像数据排序模块133根据每个图像的编号的拍摄时间进行排序，最后通过图像数据整理模块134进行数据打包处理，打包完成后通过无线通讯单元2传送至云端处理终端3进行处理，云端处理终端3包括云端服务器31，且云端服务器31分别与图像数据解码排序模块32、数据算法处理***33和微光补偿处理单元34实现双向连接，可将图片依次经过微光补偿处理单元34进行微光补偿，图像数据解码排序模块32是由N个图像识别模块组成，图像数据解码排序模块32内相应的图像识别模块会对数据包进行解码并按照原有的顺序进行排序，且云端服务器31与相机位置定位处理***35实现双向连接，数据算法处理***33包括图像像素点色阶值提取模块331、图像特征点选取匹配模块332、重复特征点匹配模块333和关系图构建模块334，图像像素点色阶值提取模块331的输出端与图像特征点选取匹配模块332的输入端连接，且图像特征点选取匹配模块332的输出端与重复特征点匹配模块333的输入端连接，重复特征点匹配模块333的输出端与关系图构建模块334的输入端连接，数据算法处理***33内的图像像素点色阶值提取模块331会提取图片中每个像素点的R、G、B分量图像色阶值，并通过图像特征点选取匹配模块332进行图像特征点的选取和匹配，第一张图像处理完成后，第二张图片依次经过图像像素点色阶值提取模块331和图像特征点选取匹配模块332进行特征值提取，之后通过重复特征点匹配模块333确定与第一张图片所匹配的特征点，并以该匹配点通过关系图构建模块334构建两张图片之间的关系模型，依次类推，第三张图片直至最后一张图片进行同样处理，即可得到所有图片构建的关系模型图，相机摄像模块131在进行摄像时，可根据相机的配制组确定相机一次摄像的视野范围角度值α，通过根据重复特征点匹配模块333需要匹配的重复特征点的数量确定拍摄重叠范围角度值θ，因此可确定二次摄像边界线与相机起始摄像角度边界线的角度值β，即β＝α-θ，相机位置定位处理***35包括图像特征点提取模块351、深度值算法处理模块352和向量矩阵计算模块353，图像特征点提取模块351的输出端与深度值算法处理模块352的输入端连接，且深度值算法处理模块352的输出端与向量矩阵计算模块353的输入端连接，相机位置定位处理***35内的图像特征点提取模块351随机提取每种图片上的特征点，然后通过深度值算法处理模块352以图片界面为平面计算各个特征点的深度值，即可得到相机位置的平移向量数值，然后通过向量矩阵计算模块353对各个平移向量进行矩阵算法统计处理，云端服务器31分别与三维重建模块36和微光补偿处理单元34实现双向连接，三维重建模块36将各个图片的关系模型图与相机的位置数据进行三维建模处理，即可得到整个墓室的数字化三维结构模型，且微光补偿处理单元34与数据算法处理***33实现双向连接。
使用时，首先用户可通过用户交互终端1上的用户登录单元11进行个人信息登录，通过用户信息输入模块111将用户的个人账户和密码输入到***内，然后通过用户信息认证模块112对用户输入的个人账号和密码进行信息认证，认证成功后，用户操作执行模块113可确认用户的操作指令，通过显示模块12进行显示，之后用户可通过用户交互终端1上图形数据采集单元13内的相机摄像模块131对墓室内部的结构进行拍摄，在进行摄像时，可根据相机的配制组确定相机一次摄像的视野范围角度值α，通过根据重复特征点匹配模块333需要匹配的重复特征点的数量确定拍摄重叠范围角度值θ，因此可确定二次摄像边界线与相机起始摄像角度边界线的角度值β，然后根据墓室的大小，拍摄相应数量的图片，拍摄的同时拍摄时间计时模块135开始计时，使拍摄的每张图片均对应一个准确时间，同时图像数据编码模块132对拍摄的每个图像进行编号，然后通过图像数据排序模块133根据每个图像的编号的拍摄时间进行排序，最后通过图像数据整理模块134进行数据打包处理，打包完成后通过无线通讯单元2传送至云端处理终端3进行处理。
云端处理终端3内的云端服务器31接收到采集的图片数据后，图像数据解码排序模块32内相应的图像识别模块会对数据包进行解码并按照原有的顺序进行排序，然后图片会依次经过微光补偿处理单元34进行微光补偿，之后图片会按照所排顺序依次通过数据算法处理***33进行处理，数据算法处理***33内的图像像素点色阶值提取模块331会提取图片中每个像素点的R、G、B分量图像色阶值，并通过图像特征点选取匹配模块332进行图像特征点的选取和匹配，第一张图像处理完成后，第二张图片依次经过图像像素点色阶值提取模块331和图像特征点选取匹配模块332进行特征值提取，之后通过重复特征点匹配模块333确定与第一张图片所匹配的特征点，并以该匹配点通过关系图构建模块334构建两张图片之间的关系模型，依次类推，第三张图片直至最后一张图片进行同样处理，即可得到所有图片构建的关系模型图。
之后云端服务器31会控制相机位置定位处理***35内的图像特征点提取模块351随机提取每种图片上的特征点，然后通过深度值算法处理模块352以图片界面为平面计算各个特征点的深度值，即可得到相机位置的平移向量数值，然后通过向量矩阵计算模块353对各个平移向量进行矩阵算法统计处理，即可得到相机与关系模型图之间的位置关系，最后通过三维重建模块36将各个图片的关系模型图与相机的位置数据进行三维建模处理，即可得到整个墓室的数字化三维结构模型，该模型会通过无线通讯单元2传送至用户交互终端1的显示模块12上进行显示，人们只需通过用户交互终端1上的显示模块12即可对墓室所构建的数字化三维模型进行观察和研究。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种古代墓室结构数字化重建***，包括用户交互终端(1)、无线通讯单元(2)和云端处理终端(3)，所述用户交互终端(1)通过无线通讯单元(2)与云端处理终端(3)实现无线双向连接，其特征在于：所述用户交互终端(1)包括用户登录单元(11)、显示模块(12)和图像数据采集单元(13)，所述图像数据采集单元(13)包括相机摄像模块(131)、图像数据编码模块(132)、图像数据排序模块(133)、图像数据整理模块(134)和拍摄时间计时模块(135)，所述相机摄像模块(131)的输出端分别与图像数据编码模块(132)和拍摄时间计时模块(135)的输入端连接，且拍摄时间计时模块(135)的输出端与图像数据编码模块(132)的输入端连接，所述图像数据编码模块(132)的输出端与图像数据排序模块(133)的输入端连接，且图像数据排序模块(133)的输出端与图像数据整理模块(134)的输入端连接，所述云端处理终端(3)包括云端服务器(31)，且云端服务器(31)分别与图像数据解码排序模块(32)、数据算法处理***(33)和微光补偿处理单元(34)实现双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述数据算法处理***(33)包括图像像素点色阶值提取模块(331)、图像特征点选取匹配模块(332)、重复特征点匹配模块(333)和关系图构建模块(334)，所述图像像素点色阶值提取模块(331)的输出端与图像特征点选取匹配模块(332)的输入端连接，且图像特征点选取匹配模块(332)的输出端与重复特征点匹配模块(333)的输入端连接，所述重复特征点匹配模块(333)的输出端与关系图构建模块(334)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述相机摄像模块(131)在进行摄像时，可根据相机的配制组确定相机一次摄像的视野范围角度值α，通过根据重复特征点匹配模块(333)需要匹配的重复特征点的数量确定拍摄重叠范围角度值θ，因此可确定二次摄像边界线与相机起始摄像角度边界线的角度值β，即β＝α-θ。
4.根据权利要求1所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述图像数据解码排序模块(32)是由N个图像识别模块组成，且云端服务器(31)与相机位置定位处理***(35)实现双向连接。
5.根据权利要求4所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述相机位置定位处理***(35)包括图像特征点提取模块(351)、深度值算法处理模块(352)和向量矩阵计算模块(353)，所述图像特征点提取模块(351)的输出端与深度值算法处理模块(352)的输入端连接，且深度值算法处理模块(352)的输出端与向量矩阵计算模块(353)的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述云端服务器(31)分别与三维重建模块(36)和微光补偿处理单元(34)实现双向连接，且微光补偿处理单元(34)与数据算法处理***(33)实现双向连接。
7.根据权利要求1所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述用户登录单元(11)的输出端分别与显示模块(12)和图像数据采集单元(13)的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种古代墓室结构数字化重建***，其特征在于：所述用户登录单元(11)包括用户信息输入模块(111)、用户信息认证模块(112)和用户操作执行模块(113)，所述用户信息输入模块(111)的输出端与用户信息认证模块(112)的输入端连接，且用户信息认证模块(112)的输出端与用户操作执行模块(113)的输入端连接。
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