一种文物法向图的扫描方法技术

本发明专利技术公开了一种文物法向图的扫描方法：（1）用贴有棋盘格图像的夹具固定待扫描的文物；（2）把夹具放到平板扫描仪上，分别旋转0°、90°、180°、270°，扫描四幅图像扫描；（3）根据棋盘格图像的角点把四幅图像对齐；（4）计算每个像素的法向量（nx,ny,nz），并转换为彩色（r,g,b），保存到法向图中；（5）用通用的图像处理软件打开法向图，观察和分析图像。本发明专利技术产生的法向图具有较高的分辨率（与采用的平板扫描仪有关），比通常的彩色图像具有更多的细节信息，可以表现出文物表面细微的深度变化（如划痕等），可以应用在考古和文物领域，对鉴定和分析文物具有帮助作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
法向图的每个像素保存的是对应物体表面采样点的法向量，而一般的彩色图保存的对应物体表面采样点的颜色信息。法向图比一般的彩色图像具有更多的细节信息，可以表现出文物表面细微的深度变化(如划痕等)，可以应用在考古和文物领域，对鉴定和分析文物具有帮助作用。已经有一些相关的法向图获取方法，主要的方法和应用分为以下几类(I)利用三维深度扫描仪获取物体表面的三维信息，这种方法受到三维深度扫描仪分辨率的限制，精度不高。三维深度扫描仪的价格是普通平板扫描仪的几十倍，操作复杂。(2)利用数码相 机拍摄不同光照下的多幅图像，基于光度立体技术，计算每个采样点的法向量。这种方法需要特殊的光源，数码相机的分辨率也远远地低于平板扫描仪。(3)利用平板扫描仪获取多幅图像，基于光度立体技术，计算每个采样点的法向量。这种方法通常需要改造平板扫描仪的硬件结构(例如增加多个扫描灯管)，或者需要对扫描仪用特殊的标定物进行标定，过程复杂。
技术实现思路
本专利技术改进了基于平板扫描仪的法向图获取方法，不需要改造扫描仪的硬件结构或者设计特殊的标定物，利用普通平板扫描仪和一个夹具，就可以获得物体的法向图，操作简单，分辨率较高(与采用的平板扫描仪有关)。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，该方法的实现步骤如下(I)用贴有棋盘格图像的夹具固定待扫描的文物；(2)把固定好带扫描文物的夹具放到平板扫描仪上，将夹具旋转0°、90°、180°、270°，得到相应的扫描图像；(3)根据棋盘格图像的角点把得到的扫描图像对齐；(4)计算扫描图像中每个像素的法向量(nx，ny，nz)，并转换为彩色(r，g，b)，保存到法向图中；(5)完成文物法向图的扫描。所述步骤(3)中，所述图像对齐的方法如下a)在0°图像中，用鼠标选取棋盘格的至少两个角点；b)在90°图像中，用鼠标选取棋盘格的对应角点；c)根据对应角点的坐标，利用最小二乘法，计算90°图像的旋转和平移矩阵；d)把90°图像进行旋转和平移，与0°图像对齐；e)重复a)-d)，分别把180°、270。图像与0°图像对齐。所述步骤⑷中，计算法向量的方法如下对每一个像素，计算其法向量(nx，ny，nz)，nx — I. 5 (I270。_工90。)，ny — 1.5 (I。。―工伽。)，nz — 0. 25 (I。。+工伽。+工90。+工270。) n/i, , 2py= / rr—-I—T Jiz= Vi2 / ^jnX +ny+nz/ ^nX +ny+nz / ^JflX +^+flZ所述步骤(5)中，把法向量(nx，ny, nz)转换为彩色(r，g, b)的方法如下a)把nx G 线性映射到红色分量r G b)把ny G 线性映射到绿色分量g E c)把nz G 线性映射到蓝色分量b G d)对每一像素重复a) -c)，进行彩色映射，保存到法向图中。本专利技术的有益效果本专利技术提供了一种简单、操作方便、成本较低的文物法向图扫描方法。该方法首先用夹具固定文物；然后扫描四幅灰度图像；用基于棋盘格角点的方法对齐四幅图像；利用给出的公式计算每个像素的法向量；最后把法向量转换为彩色值，保存到法向图中。本专利技术充分利用了平板扫描仪的价格低、分辨率高的优点，不需要改造扫描仪的硬件结构，也不需要特殊的标定物，利用普通的平板扫描仪和一个夹具，就可以获得文物的法向图。输出的法向图可以用通用的图像处理软件打开，进行观察和分析。本专利技术产生的法向图具有较高的分辨率(与采用的平板扫描仪有关)，比通常的彩色图像具有更多的细节信息，可以表现出文物表面细微的深度变化(如划痕等)，可以应用在考古和文物领域，对鉴定和分析文物具有帮助作用。附图说明图I为本专利技术的实施的流程图；图2为固定文物的夹具及粘贴的棋盘格图像；图3a_图3d分别为把文物分别旋转0°、90。、180。、270。，扫描的四幅灰度图像1(1。，工90。，工180。，工27。；图4a_图4d为根据棋盘格图像的角点，把四幅灰度图像I。。，I90- , I180-，I270-对齐后的结果；图5a为用平板扫描仪扫描的印章彩色图；图5b为图5a印章的法向图；图6a为扫描的游戏硬币彩色图；图6b为图6a游戏硬币的法向图。具体实施例方式下面结合实例和附图对本专利技术作进一步的说明图I为本专利技术的实施流程图，如图所示，本专利技术的实现过程如下(I)与普通的扫描方法不同，该方法需要一个夹具，并在夹具上粘贴棋盘格图像。(2)与普通的扫描方法不同，该方法需要用夹具固定待扫描的文物，如图2所示。把夹具放到平板扫描仪上，分别顺时针旋转0°、90°、180°、270°，扫描四次，得到扫描四幅灰度图像 1(|。，190°，Il80°，1270° ;(3)根据棋盘格图像的角点，把四幅灰度图像对齐，如图4所示。所述图像对齐的方法如下(a)在0°图像中，用鼠标选取棋盘格的至少两个角点；(b)在90°图像中，用鼠标选取棋盘格的对应角点；(C)根据对应角点的坐标，利用最小二乘法，计算90°图像的旋转和平移矩阵；(d)把90°图像进行旋转和平移，与0°图像对齐。重复a)-d)，分别把180° ,270°图像与0°图像对齐。(4)计算每个像素的法向量(nx,ny,nz) (nx,ny,nz是法向量在空间三维坐标系中的坐标)；计算法向量的方法如下对每一个像素，计算其法向量(nx,ny,nz),权利要求1.，其特征是，该方法的实现步骤如下 (1)用贴有棋盘格图像的夹具固定待扫描的文物； (2)把固定好带扫描文物的夹具放到平板扫描仪上，将夹具旋转O。、90°、180°、270°，得到相应的扫描图像； (3)根据棋盘格图像的角点把得到的扫描图像对齐； (4)计算扫描图像中每个像素的法向量(nx，ny，nz)，并转换为彩色(r，g，b)，保存到法向图中； (5)完成文物法向图的扫描。2.如权利要求I所述的，其特征是，所述步骤(3)中，所述图像对齐的方法如下 a)在0°图像中，用鼠标选取棋盘格的至少两个角点； b)在90°图像中，用鼠标选取棋盘格的对应角点； c)根据对应角点的坐标，利用最小二乘法，计算90°图像的旋转和平移矩阵； d)把90°图像进行旋转和平移，与0°图像对齐； e)重复a)-d)，分别把180°、270°图像与0°图像对齐。3.如权利要求I所述的，其特征是，所述步骤(4)中，计算法向量的方法如下 对每一个像素，计算其法向量(nx，ny, nz)， nx — I. 5 (l270° _Igo° )，ny — I- 5 (I0° _Ii80。)，nz — 0. 25 (I0。+I180= +Igo。+!270° ) we= n%/:-ny= riyZi- nz= Uz/-- / +nI +rj2Z，/ \jnl +nl+nl，/ ^nI +nI +rj2Z °4.如权利要求I所述的，其特征是，所述步骤(5)中，把法向量(nx, ny, nz)转换为彩色(r, g, b)的方法如下 a)ffinx G 线性映射到红色分量r G b)把nyG 线性映射到绿色分量g G c)ffinz G 线性映射到蓝色分量b G d)对每一像素重复a)-c)，进行彩色映射，保存到法向图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种文物法向图的扫描方法，其特征是，该方法的实现步骤如下：(1)用贴有棋盘格图像的夹具固定待扫描的文物；(2)把固定好带扫描文物的夹具放到平板扫描仪上，将夹具旋转0°、90°、180°、270°，得到相应的扫描图像；(3)根据棋盘格图像的角点把得到的扫描图像对齐；(4)计算扫描图像中每个像素的法向量(nx，ny，nz)，并转换为彩色(r，g，b)，保存到法向图中；(5)完成文物法向图的扫描。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘荣江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：