[发明专利]一种基于三维数据扫描提取石碑石刻数字拓片的方法

摘要

本发明涉及一种基于三维数据扫描提取石碑石刻数字拓片的方法，包括以下步骤1)利用三维数据扫描仪对石碑石刻进行扫描，获得点云数据；2)建立起石碑石刻的3D模型；3)根据3D模型，获得石碑石刻的深度图；4)将深度图进行拷贝，并将两张深度图重叠放置；5)将位于上层的石碑石刻的深度图在图层混合模式中向下采用线性减淡的混合模式，将处理后的上层图片与下层图片混合，得到混合图片，并通过增加亮度，增大对比度；6)对处理后的混合图片进行曲线调整；7)对石碑石刻的保存质量进行判断，保存质量较好，则进入步骤9)；否则进入步骤8)；8)对曲线调整后的混合图片进行人工优化处理；9)进行色度反相操作，生成数字拓片。

主权项

一种基于三维数据扫描提取石碑石刻数字拓片的方法，包括以下步骤：1)利用三维数据扫描仪对石碑石刻进行扫描，获得高精度、高密度的石碑石刻点云数据，并输入计算机；2)将石碑石刻的点云数据转换为三角网格数据，建立起石碑石刻的3D模型；3)根据石碑石刻的3D模型，获得石碑石刻的深度图，具体过程为：①将石碑石刻的3D模型放置于(X,Y,Z)三维坐标系中，在石碑石刻的3D模型上进行手工选点，要求选的点能够勾勒出整个石碑石刻的形状特征，将这些点进行De launay三角化，构造正射投影面，得到若干个三角面；②选择的每个点被多个三角面共有，计算这些三角面的法向量，并将这些三角面的法向量求和，所得结果即为该点的法向量；③求出所有点的法向量，将这些法向量求和，并将求和结果进行归一化，得到归一化的向量，找出所有点中Z值最小的点，将这个点与归一化的向量构造的平面为总的投影平面；④遍历所有点，将各点沿着自身的法向量向总的投影平面进行投影，投影点的坐标(X,Y)即为该点的UV坐标，U表示图像的X方向坐标值，V表示图像的Y方向坐标值，将UV坐标调整为起点为0，根据UV坐标的范围确定深度图的大小，即深度图的长和宽；⑤遍历石碑石刻3D模型的所有顶点，判断顶点应该向手工选点所构造的正射投影面中的那个三角面投影，具体方法是：顶点与某一三角面的法向量构成直线，用此直线与三角面求交点，若交点存在，则确定此三角面为该顶点的投影面，顶点与交点的有符号距离即为此顶点的深度值；⑥交点与三角面的三个顶点将三角面划分为三个小三角形，每个小三角形面积与三角形的面积比值为权重值，根据权重值即可得出顶点的UV坐标，计算方法为：假设三角形的三个顶点分别为P0，P1，P2，其UV坐标分别为(U0,VO),(U1,V1)(U2,V2)；交点为P，交点UV坐标为(U,V)；三角形PP1P2的面积为A0，三角形PP2P0的面积记为A1，三角形PP0P1的面积记为A2，三角形P0P1P2的面积记为A；则U=U0*A0A+U1*A1A+U2*A2A,V=V0*A0A+V1*A1A+V2*A2A;]]>⑦将所有顶点的深度值归一化到0至255之间，并且根据顶点的UV坐标将归一化的深度值映射到总的投影平面上，从而得到碑刻的深度图；4)根据石碑石刻的深度图，采用图像处理方法，将石碑石刻的深度图进行拷贝，得到两张石碑石刻的深度图，并将两张石碑石刻的深度图重叠放置；5)将位于上层的石碑石刻的深度图在图层混合模式中向下采用线性减淡的混合模式，将处理后的上层图片与下层图片混合，得到混合图片，并通过增加亮度，增大对比度，去掉石板表面凹凸不平的部分；6)对处理后的混合图片进行曲线调整，增强混合图片中较暗部分的细节，使基色变亮以反映混合色，其中基色代表石板的颜色，混合色代表石刻的颜色；7)对石碑石刻的保存质量进行判断，如果石碑石刻的保存质量较好，则进入步骤9)；否则进入步骤8)；8)对曲线调整后的混合图片进行人工优化处理，通过“补字”和“补色”来还原石刻文字的清晰度，保证完整性；9)进行色度反相操作，将凹黑凸白的颜色分布转换为凹白凸黑的特征，生成数字拓片。