文物承載著中華上下五千年的輝煌歷史,是文化的見證者和記錄者。傳統(tǒng)的文物保護(hù)方法難以應(yīng)對日益復(fù)雜的社會(huì)環(huán)境與逐漸增加的文物保護(hù)需求。數(shù)字化文物保護(hù)技術(shù)隨著三維數(shù)字測量技術(shù)的興起而誕生,如今已有著廣泛的應(yīng)用場景。如何獲取完整的文物三維數(shù)據(jù),是該技術(shù)的關(guān)鍵:傳統(tǒng)的手動(dòng)方法通過在文物上粘貼定位標(biāo)點(diǎn)或者多次采集等方式獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),但無法記錄體積過大、過小或不可移動(dòng)的文物;目前的自動(dòng)配準(zhǔn)方法誤差較大,難以適用高精度場合。為解決此類問題,開展了基于特征提取技術(shù)的文物配準(zhǔn)研究。論文使用激光掃描儀獲取文物三維點(diǎn)云,并對獲取的碎片點(diǎn)云進(jìn)行配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),得到了快速高精度的文物配準(zhǔn)方法。主要研究工作如下:1)預(yù)處理獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù),去噪、分割,保留點(diǎn)云中的文物數(shù)據(jù)部分;2)使用自行構(gòu)建的自適應(yīng)曲率熵算法精簡得到的文物數(shù)據(jù),得到特征豐富的稀疏文物點(diǎn)云;3)使用自己提出的基于體積密度優(yōu)化的FPFH算法提取精簡后的碎片點(diǎn)云特征,并一一進(jìn)行配準(zhǔn),得到轉(zhuǎn)換矩陣;4)根據(jù)所獲矩陣,一次性轉(zhuǎn)換原始文物碎片點(diǎn)云的位姿,快速得到最終的高精度文物配準(zhǔn)結(jié)果。通過論文所提方法,實(shí)現(xiàn)了文物的快速自動(dòng)配準(zhǔn),且較于傳統(tǒng)方式,整體配準(zhǔn)精度提升... 

【文章來源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１掃描儀外觀圖

，考慮到實(shí)驗(yàn)室??丨丨前的文物彳丨描設(shè)備只有－臺(tái)手持式維掃描儀，故將小型的文物作為研究［丨??徹＜。實(shí)驗(yàn)室中沒柯與正的文物，所以使用仿制的文物石脊像模型作為研究對象。??Ｋ膏模型有很多，花瓶，車輛，人物雕像雜，但研究需要具備說服力，根裾鋅通??的雕像模型所得出的研究結(jié)果明顯難以讓眾人信服，故最終選取丫“維納斯”人??物石彳ｍ型，作為最終的實(shí)驗(yàn)品�！稊啾鄣木S納斯》是法國盧浮宮博物館的經(jīng)典??藏：公元前１５０年創(chuàng)作，電今無數(shù)人仍在猜測她的雙臂是－種怎樣的姿態(tài)，具??冇很強(qiáng)的代表性。如下圖２．３所示：??，．Ｗ?署??Ｉ?Ｍ??Ｉ?１??圖２．３?“斷臂的維納斯”心Ｙｆ像原吧??通過實(shí)驗(yàn)室的掃描儀可以獲得維納斯的點(diǎn)云模型。雕像本身是豎立的，－：維??掃描儀可以獲取周圍３６０度的模型，但圖像的底瘐和一些凹陷處難以一次忡掃描??到位。這是設(shè)備本身的缺陷和客觀環(huán)境共Ｍ作用的姑汜，＿、？丨此，釘勿點(diǎn)八的配??準(zhǔn)工作必不可少。配準(zhǔn)的前提是在兩片點(diǎn)云屮找到吋應(yīng)的特征，提収ｉｔ屮？片維??ＩＩ??

?第２章三維文物點(diǎn)云的基本理論???納斯模型點(diǎn)云進(jìn)行分析，如圖２．４。??圖２．４?“斷臂的維納斯”點(diǎn)云原型??據(jù)圖可以發(fā)現(xiàn)，首先模型是殘缺的，模型的中間部分最為細(xì)膩，邊緣點(diǎn)云則??較為發(fā)散，為了盡量使配準(zhǔn)的精度更高，自然選擇特征更為明顯的中間部分。提??取該部分進(jìn)行觀察，此時(shí)該處點(diǎn)云的數(shù)目較多，且特征也最為完整。點(diǎn)云的特征??很多，點(diǎn)特征、線特征、面特征、ＰＦＨ特征描述子、ＦＰＦＨ特征、ＮＤＴ特征、ＰＣＡ??特征、體積特征等，都可以作為點(diǎn)云配準(zhǔn)的依據(jù)。以簡單的法線特征為例，可以??通過擬合中心點(diǎn)與周圍鄰域點(diǎn)，構(gòu)建曲面得到該曲面的法向量，以之作為該點(diǎn)的??法線。結(jié)合“維納斯”模型實(shí)例進(jìn)行探宄，可以發(fā)現(xiàn)在點(diǎn)云的中部，點(diǎn)與點(diǎn)之間??的距離較為接近，且在人物關(guān)節(jié)處的點(diǎn)云數(shù)目較多，特征數(shù)目充足。此時(shí)點(diǎn)云的??法線變化較為突出，可以作為特征。對比模型的邊緣處，發(fā)現(xiàn)邊緣處的點(diǎn)云分布??更為散亂，法線變化毫無規(guī)律，且突變頻繁，若在此處提取點(diǎn)的法線作為特征，??很可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤配準(zhǔn)的情況。實(shí)際上，點(diǎn)云的法線特征可以算是比較基本的特??征，其他的大部分特征可以通過點(diǎn)云的法線組合計(jì)算得到。故此時(shí)不但法線不足??以作為最終的特征，其他的常規(guī)特征也不適合用于配準(zhǔn)。因無法保證特征的正確??性，自然無法確定配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。因此在點(diǎn)云特征提取之前，需要選取合適的點(diǎn)??云區(qū)域并將無用的點(diǎn)云去除。這不但可以減少計(jì)算量，也有利于正確特征的選擇，??可以降低后期配準(zhǔn)的誤差。通常的解決方案是在獲取原始點(diǎn)云之后，對點(diǎn)云進(jìn)行??預(yù)處理，框選合適的點(diǎn)云區(qū)域，再提取特征。??１２??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國文物保護(hù)規(guī)劃相關(guān)研究文獻(xiàn)綜述[J]. 袁琳溪,湯羽揚(yáng).  中國文化遺產(chǎn). 2019(05)
[2]三維激光掃描點(diǎn)云分類方法研究進(jìn)展綜述[J]. 錢婷,王蕾,李寶山.  電腦與信息技術(shù). 2019(01)
[3]文物三維模型虛擬修復(fù)研究進(jìn)展、挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢[J]. 侯妙樂,趙思仲,楊溯,胡云崗.  遺產(chǎn)與保護(hù)研究. 2018(10)
[4]三維點(diǎn)云場景數(shù)據(jù)獲取及其場景理解關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 李勇,佟國峰,楊景超,張立強(qiáng),彭浩,高華帥.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2019(04)
[5]一種視點(diǎn)直方圖特征優(yōu)化的點(diǎn)云目標(biāo)識(shí)別算法[J]. 杜靖遠(yuǎn),鄧計(jì)才.  河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(05)
[6]基于PCA算法的機(jī)載LiDAR點(diǎn)云平面分割算法研究[J]. 葉玲潔,顏遠(yuǎn)青.  城市勘測. 2018(01)
[7]改進(jìn)的基于FPFH特征配準(zhǔn)點(diǎn)云的方法[J]. 馬大賀,劉國柱.  計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化. 2017(11)
[8]空間柵格動(dòng)態(tài)劃分的點(diǎn)云精簡方法[J]. 傅思勇,吳祿慎,陳華偉.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(11)
[9]基于SAC-IA和改進(jìn)ICP算法的點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)[J]. 陳學(xué)偉,朱耀麟,武桐,王祖全.  西安工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[10]多精度遺址文物三維點(diǎn)云獲取技術(shù)的研究[J]. 朱黎,胡濤.  湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(01)

博士論文
[1]三維點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)研究[D]. 熊風(fēng)光.中北大學(xué) 2018
[2]面向館藏文物的三維數(shù)據(jù)獲取及可視化研究[D]. 俞朝暉.華南理工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]三維點(diǎn)云重建中的去噪算法研究[D]. 劉靜靜.北京交通大學(xué) 2019
[2]基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理算法研究[D]. 俞浩.合肥工業(yè)大學(xué) 2019
[3]基于點(diǎn)云的非合作目標(biāo)提取與位姿解算[D]. 司譯文.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]基于激光掃描技術(shù)的文物三維數(shù)字化方法研究與應(yīng)用[D]. 周亞男.陜西科技大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3065548