基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法及系统，所述方法包括：按照事先设计的拍摄距离和角度，分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本360°图片数据；从采集的图片数据中筛选出有效图片并编号；对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，进行特征点标定，建立与矿物标本真实大小一致的三维立体模型；从三维立体模型中去除支撑矿物标本的支撑架，并修复缺口。将修复后的三维立体模型发布到专用的三维互联网展示平台中，并将网页链接地址链接到学校的课程教学平台中。本发明专利技术可自动筛选出高质量图片用于矿物、岩石标本三维重建，通过互联网进行随时随地三维动态展示教学。

【技术实现步骤摘要】
基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法及系统
本专利技术属于互联网教学
，具体涉及一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法及系统。
技术介绍
在地质矿产勘查大类的各个专业中，矿物、岩石标本鉴定是必修的基础课程，是地质调查员最重要的野外工作基本技能，也是地质矿产勘查大类专业国家级职业技能大赛的必备项目。在传统的矿物、岩石鉴定实训教学中，学生主要是通过观察矿物、岩石实物标本来提高矿物、岩石的鉴定能力。如观察矿物的单体形态、集合体形态、颜色、条痕色、光泽、解理、断口、硬度等物理性质来鉴定矿物，对于岩石除了观察组成岩石的矿物外，还要观察岩石的结构构造，主要矿物颗粒的大小及含量等。由于各个地质类职业院校矿物、岩石实物标本的类型和数量都十分有限，课堂教学学时也是有限的，因此，学生在校学习时对矿物、岩石的鉴定能力通常不能满足生产实际的需求，这也是制约矿物、岩石鉴定教学质量难以提高的主要原因。在近几年的教学改革中，有些教师增加了矿物、岩石彩色图片的供应量，以辅助学生进一步学习和训练。然而，图片是平面的，只能观察一个面，无法动态展示其全貌，不利于准确了解和撑握矿物和岩石的特征。有些教师尝试利用虚拟现实技术来对岩矿标本进行三维建模，但需要利用专业软件在电脑上播放，无法实现互联网的连接，不能随时随地观察。也有的教师在互联网网页上传多个角度的矿物岩石标本图片，虽然可以对矿物岩石标本进行放大缩小和多角度观察，但还是无法真正进行三维展示，对教学没有本质的改变。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法及系统，用于解决传统的矿物、岩石鉴定实训教学中无法随时随地进行三维动态展示教学的问题。本专利技术第一方面，公开一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，所述方法包括：按照事先设计的拍摄距离和拍摄角度，分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本的360°图片数据；计算每张图片质量得分，根据图片质量得分从采集的图片数据中筛选出有效图片并编号；对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，进行特征点标定，建立与矿物/岩石标本真实大小一致的三维立体模型；从三维立体模型中去除支撑矿物标本的支撑架，并修复缺口；将修复后的三维立体模型发布到专用的三维互联网展示平台中，并将网页链接地址链接到学校的课程教学平台中。优选的，所述分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本360°图片数据具体为：从矿物/岩石标本的斜上方按照第一拍摄距离和第一拍摄角度采集矿物/岩石标本360°图片数据；沿矿物/岩石标本的侧面按照第二拍摄距离和第二拍摄角度采集矿物/岩石标本360°图片数据；从矿物/岩石标本的斜下方按照第三拍摄距离和第三拍摄角度采集矿物/岩石标本360°图片数据；所述第一拍摄距离、第二拍摄距离、第三拍摄距离为拍摄时相机摄像头位置到矿物/岩石标本中心坐标的距离；所述第一拍摄角度、第二拍摄角度、第三拍摄角度分别为拍摄时相机摄像头的俯视角。优选的，计算每张图片质量得分，根据图片质量得分从采集的图片数据中筛选出有效图片并编号具体包括：对每一条采集路线，将按照固定的拍摄顺序采集到的矿物/岩石标本一圈图片数据组成第一图片序列，对图片序列进行初步编号；从第一图片序列首部选取一张拍摄清晰、满足质量要求的图片作为基准图片；从基准图片开始，依次根据拍摄角度和距离对相邻图片进行视角变换/对基准图片及其相邻图片进行特征匹配，分别计算得到相邻两张图片的重叠区域，根据所述重叠区域计算第一图片序列中相邻两张图片的重叠度；所述重叠度根据相邻两张图片之间的交并比计算得到；-获取图片序列中每张图片的清晰度、光线量化值、有效区域占比；根据重叠度、清晰度、光线量化值、有效区域占比计算每张图片质量得分；从所述第一图片序列中剔除图片质量得分低于预设阈值的图片，得到第二图片序列；分别计算第二图片序列中相邻两张图片之间的重叠度，若所有的重叠度均在预设范围区间内，则将第二图片序列中的图片作为有效图片，为有效图片编号；若第二图片序列中存在相邻两张图片之间的重叠度小于预设阈值，补采集对应位置的图片，重新计算补采集的图片质量，将满足图片质量要求的补采集图片插入第二图片序列中的对应位置；将补采集后的第二图片序列中的图片作为有效图片，为有效图片编号。优选的，所述获取图片序列中每张图片的清晰度、光线量化值、有效区域占比具体包括：通过Brenner检测算法检测图片的清晰度；提取矿物/岩石标本图片中的前景区域，将图片转换至HSV空间，取HSV空间中前景区域的明度均值作为光线量化值；通过矿物/岩石标本图片的前景区域大小与整体图像大小的比值计算有效区域占比；所述前景区域为图片中矿物/岩石所占区域。优选的，所述根据重叠度、清晰度、光线量化值、有效区域占比计算每张图片质量得分具体包括：对于图片序列中第i张图片，设重叠度为Ui、清晰度为Di、光线量化值为Li、有效区域占比为Wi，分别计算重叠度得分、清晰度得分、光线质量得分、有效区域得分；设重叠度的最佳区间范围为[a,b]，重叠度得分为：将通过Brenner检测算法检测到的清晰度作为清晰度得分：根据光线量化值Li计算光线质量得分：将有效区域占比Wi作为有效区域得分：设定权重系数，将重叠度得分、清晰度得分、光线质量得分、有效区域得分加权求和计算得到每张图片质量得分。优选的，所述对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，基于标定的特征点建立与矿物标本真实大小一致的三维立体模型具体包括：对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，并将所有图片进行拼接；在矿物标本上设立2-3个明显特征点，测量出其两点间的距离；选取几张有效图片并标定出所述特征点，基于两点间的距离给定两点间的距离距离约束，并再次进行解析空中三角测量，求出约束后的外方位元素；基于约束后的外方位元素建立与矿物标本真实大小一致的三维立体模型。优选的，采用ContextCapture软件建立与矿物标本真实大小一致的三维立体模型；通过ModelFun和PhotoShop从三维立体模型中去除支撑矿物标本的支撑架，并修复缺口。本专利技术第二方面，公开一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示系统，所述系统包括：数据获取模块：按照事先设计的拍摄距离和角度，分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本360°图片数据；数据筛选模块：计算每张图片质量得分，根据图片质量得分从采集的图片数据中筛选出有效图片并编号；三维重建模块：对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，进行特征点标定，建立与矿物标本真实大小一致的三维立体模型；模型修复模块：从三维立体模型中去除支撑矿物标本的支撑架，并修复缺口。优选的，所述数据筛选模块具体包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，其特征在于，所述方法包括：/n按照事先设计的拍摄距离和拍摄角度，分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本的360°图片数据；/n计算每张图片质量得分，根据图片质量得分从采集的图片数据中筛选出有效图片并编号；/n对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，进行特征点标定，建立与矿物/岩石标本真实大小一致的三维立体模型；/n从三维立体模型中去除多余杂物，并修复缺口；/n将修复后的三维立体模型发布到专用的三维互联网展示平台中，并将网页链接地址链接到课程教学平台中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，其特征在于，所述方法包括：
按照事先设计的拍摄距离和拍摄角度，分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本的360°图片数据；
计算每张图片质量得分，根据图片质量得分从采集的图片数据中筛选出有效图片并编号；
对有效图片进行解析空中三角测量，求出每张图片的外方位元素，进行特征点标定，建立与矿物/岩石标本真实大小一致的三维立体模型；
从三维立体模型中去除多余杂物，并修复缺口；
将修复后的三维立体模型发布到专用的三维互联网展示平台中，并将网页链接地址链接到课程教学平台中。


2.根据权利要求1所述基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，其特征在于，所述分上、中、下三条路线采集矿物/岩石标本360°图片数据具体为：
从矿物/岩石标本的斜上方按照第一拍摄距离和第一拍摄角度采集矿物/岩石标本360°图片数据；
沿矿物/岩石标本的侧面按照第二拍摄距离和第二拍摄角度采集矿物/岩石标本360°图片数据；
从矿物/岩石标本的斜下方按照第三拍摄距离和第三拍摄角度采集矿物/岩石标本360°图片数据；
所述第一拍摄距离、第二拍摄距离、第三拍摄距离为拍摄时相机摄像头位置到矿物/岩石标本中心坐标的距离；
所述第一拍摄角度、第二拍摄角度、第三拍摄角度分别为拍摄时相机摄像头的俯视角。


3.根据权利要求2所述基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，其特征在于，所述计算每张图片质量得分，根据图片质量得分从采集的图片数据中筛选出有效图片具体包括：
对每一条采集路线，将按照固定的拍摄顺序采集到的矿物/岩石标本一圈图片数据组成第一图片序列；
从第一图片序列首部选取一张拍摄清晰、满足质量要求的图片作为基准图片；
从基准图片开始，依次根据拍摄角度和距离对相邻图片进行匹配，分别计算得到相邻两张图片的重叠区域，根据所述重叠区域计算第一图片序列中相邻两张图片的重叠度；所述重叠度根据相邻两张图片之间的交并比计算得到；若所述重叠度在预设区间范围内，判定相邻两张图片重叠度合格；
获取图片序列中每张图片的清晰度、光线量化值、有效区域占比；
根据重叠度、清晰度、光线量化值、有效区域占比计算每张图片质量得分；
从所述第一图片序列中剔除图片质量得分低于预设阈值的图片，得到第二图片序列；
分别计算第二图片序列中相邻两张图片之间的重叠度，若所有的重叠度均在预设区间范围内，则将第二图片序列中的图片作为有效图片；
若第二图片序列中存在相邻两张图片之间的重叠度小于预设区间范围的下限值，补采集对应位置的图片，重新计算补采集的图片质量，将满足图片质量要求的补采集图片插入第二图片序列中的对应位置；将补采集后的第二图片序列中的图片作为有效图片。


4.根据权利要求1所述基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，其特征在于，所述获取图片序列中每张图片的清晰度、光线量化值、有效区域占比具体包括：
通过Brenner检测算法检测图片的清晰度；
提取矿物/岩石标本图片中的前景区域，将图片转换至HSV空间，取HSV空间中前景区域的明度均值作为光线量化值；
通过矿物/岩石标本图片的前景区域大小与整体图像大小的比值计算有效区域占比；所述前景区域为图片中矿物/岩石所占区域。


5.根据权利要求1所述基于互联网场景的矿物、岩石标本教学展示方法，其特征在于，所述根据重叠度、清晰度、光线量化值、有效区域占比计算每张图片质量得分具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁钊，李嘉豪，倪超兰，陈清国，宋明亮，黄华锋，
申请(专利权)人：武汉南北极测绘地理信息有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42