通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，包括以下步骤：S1、对拓片图像进行预处理，得到二值化拓片图像；S2、扫描二值化拓片图像，逐一提取二值化拓片图像的连通区域轮廓；S3、寻找每个连通区域的文字骨骼；S4、寻找每个连通区域轮廓的边界矢量；S5、根据各个连通区域轮廓的边界矢量，将文字骨架相应嵌入到连通区域的轮廓内；S6、根据连通区域轮廓与文字骨骼的线段，对文字进行三角化构建三维网络；S7、对三维网络进行处理，得到石碑石刻三维模型。

The method of making three-dimensional model of stone inscription by rubbing reverse

【技术实现步骤摘要】
通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法
本专利技术涉及一种制作石碑石刻三维模型的方法，特别是关于一种通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法。
技术介绍
拓片是记录中华民族文化的重要载体之一，是对历史文物的再现，具有保存和传承历史文化的重要作用。特别是有些原器件已经受损或丢失的文物拓片，更属于珍品。现阶段，可以通过传统手工拓片或三维扫描提取石碑石刻数字拓片的方法获得石碑石刻的拓片，但是如何通过拓片得到石碑石刻的三维模型，依然是一个待解决的难题，特别是对于一些小型石刻，小型石刻在雕刻时，文字笔画从边缘到中心呈楔形。通过拓片制作小型字体的石碑石刻三维模型时，需要体现出文字笔画笔锋的这一特点，以自然、真实的还原历史文物，现有技术还无法真实反向制作石碑石刻。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够真实反映小型字体雕刻技法的通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，包括以下步骤：S1、对拓片图像进行预处理，得到二值化拓片图像；S2、扫描二值化拓片图像，逐一提取二值化拓片图像的连通区域轮廓；S3、寻找每个连通区域的文字骨骼；S4、寻找每个连通区域轮廓的边界矢量；S5、根据各个连通区域轮廓的边界矢量，将文字骨架相应嵌入到连通区域的轮廓内；S6、根据连通区域轮廓与文字骨骼的线段，对文字进行三角化构建三维网络；S7、对三维网络进行处理，得到石碑石刻三维模型。进一步地，上述S2的具体过程为：S21、提取二值化拓片图像中文字所包括的所有连通区域；S22、按照从上到下，从左到右的扫描顺序扫描二值化拓片图像，找到第一个黑值点P1为某个连通区域的一轮廓点，以点P1为起始点，追踪P1点所在连通区域的轮廓，标记轮廓上的像素点，当轮廓完全闭合，扫描回到起始点P1；S23、按照设定扫描顺序继续扫描二值化拓片图像，直到再次发现新的起始点P2,以点P2为起始点，跟踪点P2所在连通区域的轮廓，标记轮廓上的像素点；当轮廓完全闭合，扫描回到起始点P2；S24、依次类推，直到完成二值化拓片图像的全部扫描，扫描结束后输出每一连通区域轮廓向量。进一步地，上述S3的具体过程为：S31、标记图中的像素边界点；S32、计算每个像素边界点的Weights(x,y)，其中，Weights(x,y)是图像中(x,y)点的相邻连通像素权重集合集群；S33、如果Weights(x,y)集合中存在Wi(x,y)>＝2，那么标记这个点image(x,y)＝1，否则转向步骤S34，其中，image(x,y)是图像中(x,y)中的像素值；S34、标记为此像素点(x,y)为骨骼点，即标记为image(x,y)＝2；S35、迭代图像中所有像素边界点，直到图像中不存在像素边界点，即图像中只剩下image(x,y)＝1或者image(x,y)＝2；S36、找出所有image(x,y)＝2的像素点，根据相邻关系构建出图像骨骼树形结构，对于每个树形链条端点做Bézier曲线拟合，形成图像骨骼的流畅Bézier曲线树形集合Skeleton(image)，得到该图像的文字骨骼。进一步地，上述S4的具体过程为：S41、找出连通区域中所有的边界点集Q＝{q1,q2,q3…}，其中，qi是图像中位置(x,y)；S42、在边界点集Q，根据邻域边界追踪算法找出其边界矢量P＝{p1,p2,p3…}；S43、计算每个点的曲率S44、在边界点集矢量集合P中，如果相邻点的曲率绝对值小于阈值ε，去除此点，不断迭代，形成优化后的边界矢量集合op＝{op1,op2,op3…}；S45、对优化后的边界矢量集合op＝{op1,op2,op3…}做Bézier曲线拟合，构成光滑边界曲线。进一步地，上述S42的具体过程为：S421、从边界点集Q中，任取一点qi,令p1＝qi；S422、在边界点集Q中，查找p1的邻域临接点集，任取一个临接点作为p2；S423、重复进行上述操作，直到与p1点进行封闭操作，形成有序边界点集矢量P＝{p1,p2,p3…}。进一步地，上述S5的具体过程为：分别对连通区域的轮廓和文字骨架进行采样，即每间隔若干像素提取一个像素点；以平行于拓片图像的平面为XOY平面，垂直于拓片图像的轴为Z轴，构建X,Y,Z三维坐标系，将连通区域轮廓采样后的像素点以及文字骨架采样后的像素点投影到XOY平面上，将像素点在XOY平面上投影点定义为顶点，将连通区域轮廓上相邻的顶点以及文字骨架上相邻的顶点，分别依次连接为线段，使得文字骨架相应嵌入到连通区域的轮廓内。进一步地，上述S6的具体过程为：对于连通区域轮廓上的每一条线段AB，使用其中点C以及法线构造射线，与文字骨架上的线段相交得到一个交点F，此交点F与连通区域轮廓上的线段的两个端点A、B构成一个三角形ABF；文字骨架上两个相邻的交点F、G与它们所在三角形ABF和BDG所公用的连通区域轮廓上的点B，构成一个三角形BFG，以此类推，完成文字的三角化形成三维网络。进一步地，上述S7对三维网络进行处理采用GaussionSmooth，即：将文字骨架上顶点的Z值调低，调低的值根据实际需要进行选取，文字笔画从连通区域轮廓到文字骨架呈现楔形，使文字出现下沉的效果，得到具有真实雕刻效果的石碑石刻三维模型。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术由于使用文字骨架和文字轮廓上的点构造三角形，完成文字的三角化，并将文字骨架上顶点的Z值调低，使文字笔画从轮廓到骨架呈现楔形，文字出现真实雕刻的效果，因此可以充分的体现小型雕刻文字笔锋雕刻特点，得到接近真实物体的石碑石刻三维模型；2、本专利技术由于根据文字的特点，将文字或者笔画作为连通区域，提取连通区域的轮廓进行输出，因此可以得到充分体现文字细节的文字轮廓。本专利技术可广泛用于制作石碑石刻三维模型的过程中。附图说明图1是本专利技术实施例的方法流程示意图；图2是本专利技术实施例的二值化后的拓片图像示意图；图3是本专利技术实施例的提取拓片图像中文字或者笔画连通区域轮廓的示意图；图4是本专利技术实施例的提取拓片图像中文字骨架的示意图；图5是本专利技术实施例的二维图像骨骼提取示意图；图6是本专利技术实施例的每个连通区域的边界矢量过程图；图7是本专利技术实施例的文字骨架相应嵌入到连通区域的轮廓；图8是本专利技术实施例的文字三角化的示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例提供的通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，包括以下步骤：1、采用现有的数字图像处理方法对拓片图像进行预处理，使拓片图像中文字的边缘更加清晰；其中，预处理可以包括图像二值化和去噪声，二值化后的拓片图像的文字部分采用黑值表示，背景本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1、对拓片图像进行预处理，得到二值化拓片图像；/nS2、扫描二值化拓片图像，逐一提取二值化拓片图像的连通区域轮廓；/nS3、寻找每个连通区域的文字骨骼；/nS4、寻找每个连通区域轮廓的边界矢量；/nS5、根据各个连通区域轮廓的边界矢量，将文字骨架相应嵌入到连通区域的轮廓内；/nS6、根据连通区域轮廓与文字骨骼的线段，对文字进行三角化构建三维网络；/nS7、对三维网络进行处理，得到石碑石刻三维模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、对拓片图像进行预处理，得到二值化拓片图像；
S2、扫描二值化拓片图像，逐一提取二值化拓片图像的连通区域轮廓；
S3、寻找每个连通区域的文字骨骼；
S4、寻找每个连通区域轮廓的边界矢量；
S5、根据各个连通区域轮廓的边界矢量，将文字骨架相应嵌入到连通区域的轮廓内；
S6、根据连通区域轮廓与文字骨骼的线段，对文字进行三角化构建三维网络；
S7、对三维网络进行处理，得到石碑石刻三维模型。


2.根据权利要求1所述的通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，其特征在于，上述S2的具体过程为：
S21、提取二值化拓片图像中文字所包括的所有连通区域；
S22、按照从上到下，从左到右的扫描顺序扫描二值化拓片图像，找到第一个黑值点P1为某个连通区域的一轮廓点，以点P1为起始点，追踪P1点所在连通区域的轮廓，标记轮廓上的像素点，当轮廓完全闭合，扫描回到起始点P1；
S23、按照设定扫描顺序继续扫描二值化拓片图像，直到再次发现新的起始点P2,以点P2为起始点，跟踪点P2所在连通区域的轮廓，标记轮廓上的像素点；当轮廓完全闭合，扫描回到起始点P2；
S24、依次类推，直到完成二值化拓片图像的全部扫描，扫描结束后输出每一连通区域轮廓向量。


3.根据权利要求1所述的通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方法，其特征在于，上述S3的具体过程为：
S31、标记图中的像素边界点；
S32、计算每个像素边界点的Weights(x,y)，其中，Weights(x,y)是图像中(x,y)点的相邻连通像素权重集合集群；
S33、如果Weights(x,y)集合中存在Wi(x,y)>＝2，那么标记这个点image(x,y)＝1，否则转向步骤S34，其中，image(x,y)是图像中(x,y)中的像素值；
S34、标记为此像素点(x,y)为骨骼点，即标记为image(x,y)＝2；
S35、迭代图像中所有像素边界点，直到图像中不存在像素边界点，即图像中只剩下image(x,y)＝1或者image(x,y)＝2；
S36、找出所有image(x,y)＝2的像素点，根据相邻关系构建出图像骨骼树形结构，对于每个树形链条端点做曲线拟合，形成图像骨骼的流畅曲线树形集合Skeleton(image)，得到该图像的文字骨骼。


4.根据权利要求1～3任一项所述的通过拓片反向制作石碑石刻三维模型的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠鹏宇，王鹤谕，
申请(专利权)人：新维畅想数字科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11