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基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法技术

技术编号:40418972 阅读:3 留言:0更新日期:2024-02-20 22:37
本发明专利技术提供了一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,包括以下步骤:获取窟龛本体、待复位文物的三维点云数据以及待复位文物的背部图像;根据背部图像和待复位文物点云中胶合的分界线,对待复位文物的点云进行分解,得到各分块点云;利用配准算法将各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准;配准完成后将各分块点云融合成一完整点云,并将完整点云与窟龛本体点云进行配准,进而得到文物的点云图。本申请用于对翘曲变形的流散文物点云位姿进行纠正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及文物修复,特别涉及一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法


技术介绍

1、石窟是指在山崖或岩壁上开凿出来的寺庙或修行场所,起源于印度佛教。石窟是一种具有深厚历史和文化内涵的艺术形式,不仅展示了古代人们的宗教信仰和艺术追求,也为我们了解古代历史和文化提供了重要的窗口。目前为了保护这项文化遗产,会采用点云算法,从石窟点云中提取佛龛,对其进行数字化的储存。

2、但对于被盗凿的佛像,其会被破坏为多个碎片,并经过盗凿者的重新组合与胶合,形成完整的佛像。但在佛像碎片在胶合过程中,往往存在由于错位和空间位姿的变化而产生翘曲问题,翘曲的佛像三维点云数据模型,无法与被盗凿的残壁匹配。


技术实现思路

1、本专利技术提供一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,用以解决在佛像碎片在胶合过程中由于错位和空间位姿的变化会产生翘曲,无法与盗凿的残壁匹配的情况。

2、一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,包括以下步骤:

3、获取窟龛本体、待复位文物的三维点云数据;其中,

4、所述待复位文物是将各文物碎片进行胶合修复后得到的;

5、根据待复位文物点云中胶合的分界线,对待复位文物的点云进行分解,得到各分块点云;

6、利用配准算法将各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准;

7、配准完成后将各分块点云融合成一完整点云,并将完整点云与窟龛本体点云进行配准,进而得到文物的点云图。

8、进一步地,所述利用配准算法将各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准具体包括:

9、利用配准算法将包含待复位文物外轮廓的分块点云依次与窟龛本体点云数据进行配准,并计算配准误差;

10、根据配准误差确定各分块点云是否均能与窟龛本体点云匹配吻合;

11、当能够匹配吻合时,根据待复位文物正表面特征曲线将剩余的各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准。

12、进一步地,所述将分块点云与窟龛本体点云数据进行配准具体为:

13、计算当前分块点云和窟龛本体点云的fpfh快速点特征直方图;

14、根据当前分块点云和窟龛本体的点云和点特征直方图为并利用ransac随机采样一致算法,对当前分块点云和窟龛本体点云进行初始配准,得到初始空间变换矩阵;

15、根据初始空间变换矩阵为并利用icp迭代最近点算法,求解当前分块点云和窟龛本体点云的空间变换矩阵,以实现两个点云的匹配。

16、进一步地,所述根据配准误差确定各分块点云是否均能与窟龛本体点云匹配吻合具体为:

17、分别计算各包含待复位文物外轮廓的分块点云与窟龛本体点云的配对成功率和点对距离的均方差;

18、当各配对成功率均大于第一预设阈值且点对距离的均方差小于第二预设阈值时,各分块点云与窟龛本体点云匹配吻合。

19、进一步地,利用最小二乘法,icp通过迭代运算,寻找分块点云集到窟龛本体点云集的最优平移矩阵和旋转矩阵,使得点云欧氏距离的方差e达到最优;

20、

21、式中,t表示最优平移矩阵,r表示旋转矩阵,p表示分块点云集,q表示窟龛本体点云集。

22、进一步地,方法还包括步骤:根据文物的点云图控制3d打印装置进行打印,得到文物的实体模型。

23、进一步地,方法还包括步骤:对窟龛本体、待复位文物的三维点云数据进行预处理,所述预处理的方法包括数据清洗、滤波、精简。

24、进一步地,所述对待复位文物的点云进行分解具体包括:

25、对背部图像和待复位文物点云进行特征提取,得到目标特征;

26、根据提取的目标特征,对待复位文物的点云进行聚类,将具有相似特征的点云数据分为同一类;

27、利用边缘算法确定根据不同类之间的边界,并提取分割线;

28、根据提取的分割线的走向,将待复位文物的点云分成不同的区域。

29、进一步地,所述目标特征的获取方法具体包括:

30、利用映射函数将背部图像与待复位文物点云数据进行对应;

31、分别对背部图像与待复位文物点云数据进行特征提取,得到第一待融合特征和第二待融合特征;

32、将第一待融合特征和第二待融合特征进行融合,得到目标特征。

33、进一步地,所述窟龛本体、待复位文物的三维点云数据是利用结构光扫描仪采集到的。

34、本专利技术的有益效果为:

35、本申请先采集窟龛本体、待复位文物的三维点云数据,然后根据待复位文物点云中胶合的分界线,对待复位文物的点云进行分解,得到各分块点云;再利用配准算法将各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准,使局部配准达到最优,解决了由于胶合后文物存在翘曲变形的问题,而导致的无法与窟龛本体准确匹配的问题。配准完成后将各分块点云进行融合,得到以完整点云,并将完整点云与窟龛本体点云进行配准,完成文物的复位。本申请能够对翘曲变形的待复位文物的三维点云进行位姿纠正,提高窟龛本体与待复位文物的三维点云匹配的准确性。

36、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的申请文件中特别指出的结构来实现和获得。

37、下面通过附图和实施例,对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。

本文档来自技高网
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【技术保护点】

1.一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述利用配准算法将各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准具体包括:

3.如权利要求2所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述将分块点云与窟龛本体点云数据进行配准具体为:

4.如权利要求3所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述根据配准误差确定各分块点云是否均能与窟龛本体点云匹配吻合具体为:

5.如权利要求4所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,利用最小二乘法,ICP通过迭代运算,寻找分块点云集到窟龛本体点云集的最优平移矩阵和旋转矩阵,使得点云欧氏距离的方差E达到最优;

6.如权利要求1所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,方法还包括步骤:

7.如权利要求1所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,方法还包括步骤:

8.如权利要求1所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述对待复位文物的点云进行分解具体包括:

9.如权利要求8所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述目标特征的获取方法具体包括:

10.如权利要求1所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述窟龛本体、待复位文物的三维点云数据是利用结构光扫描仪采集到的。

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【技术特征摘要】

1.一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述利用配准算法将各分块点云依次与窟龛本体点云进行配准具体包括:

3.如权利要求2所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述将分块点云与窟龛本体点云数据进行配准具体为:

4.如权利要求3所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,所述根据配准误差确定各分块点云是否均能与窟龛本体点云匹配吻合具体为:

5.如权利要求4所述的一种基于三维数据模型的文物原位寻探与数字复位配准方法,其特征在于,利用最小二乘法,icp通过迭代运算,寻找分块点云集到窟龛本体点云集的...

【专利技术属性】
技术研发人员:高俊苹高东亮李琳琳张国锋
申请(专利权)人:龙门石窟研究院
类型:发明
国别省市:

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