發(fā)布時間：2021-03-05 17:08

　　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)的文物保護方法難以應(yīng)對日益復雜的社會環(huán)境與逐漸增加的文物保護需求。數(shù)字化文物保護技術(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)的手動方法通過在文物上粘貼定位標點或者多次采集等方式獲取三維點云數(shù)據(jù),但無法記錄體積過大、過小或不可移動的文物;目前的自動配準方法誤差較大,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)的文物配準研究。論文使用激光掃描儀獲取文物三維點云,并對獲取的碎片點云進行配準實驗,得到了快速高精度的文物配準方法。主要研究工作如下:1)預處理獲取的點云數(shù)據(jù),去噪、分割,保留點云中的文物數(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云特征,并一一進行配準,得到轉(zhuǎn)換矩陣;4)根據(jù)所獲矩陣,一次性轉(zhuǎn)換原始文物碎片點云的位姿,快速得到最終的高精度文物配準結(jié)果。通過論文所提方法,實現(xiàn)了文物的快速自動配準,且較于傳統(tǒng)方式,整體配準精度提升... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１掃描儀外觀圖

，考慮到實驗室??丨丨前的文物彳丨描設(shè)備只有－臺手持式維掃描儀，故將小型的文物作為研究［丨??徹＜。實驗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，作為最終的實驗品�！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??通過實驗室的掃描儀可以獲得維納斯的點云模型。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，釘勿點八的配??準工作必不可少。配準的前提是在兩片點云屮找到吋應(yīng)的特征，提収ｉｔ屮？片維??ＩＩ??

?第２章三維文物點云的基本理論???納斯模型點云進行分析，如圖２．４。??圖２．４?“斷臂的維納斯”點云原型??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膩，邊緣點云則??較為發(fā)散，為了盡量使配準的精度更高，自然選擇特征更為明顯的中間部分。提??取該部分進行觀察，此時該處點云的數(shù)目較多，且特征也最為完整。點云的特征??很多，點特征、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，都可以作為點云配準的依據(jù)。以簡單的法線特征為例，可以??通過擬合中心點與周圍鄰域點，構(gòu)建曲面得到該曲面的法向量，以之作為該點的??法線。結(jié)合“維納斯”模型實例進行探宄，可以發(fā)現(xiàn)在點云的中部，點與點之間??的距離較為接近，且在人物關(guān)節(jié)處的點云數(shù)目較多，特征數(shù)目充足。此時點云的??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，若在此處提取點的法線作為特征，??很可能會出現(xiàn)錯誤配準的情況。實際上，點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云的法線組合計算得到。故此時不但法線不足??以作為最終的特征，其他的常規(guī)特征也不適合用于配準。因無法保證特征的正確??性，自然無法確定配準的準確性。因此在點云特征提取之前，需要選取合適的點??云區(qū)域并將無用的點云去除。這不但可以減少計算量，也有利于正確特征的選擇，??可以降低后期配準的誤差。通常的解決方案是在獲取原始點云之后，對點云進行??預處理，框選合適的點云區(qū)域，再提取特征。??１２??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國文物保護規(guī)劃相關(guān)研究文獻綜述[J]. 袁琳溪,湯羽揚.  中國文化遺產(chǎn). 2019(05)
[2]三維激光掃描點云分類方法研究進展綜述[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研究進展、挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢[J]. 侯妙樂,趙思仲,楊溯,胡云崗.  遺產(chǎn)與保護研究. 2018(10)
[4]三維點云場景數(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,彭浩,高華帥.  激光與光電子學進展. 2019(04)
[5]一種視點直方圖特征優(yōu)化的點云目標識別算法[J]. 杜靖遠,鄧計才.  河南科技大學學報(自然科學版). 2018(05)
[6]基于PCA算法的機載LiDAR點云平面分割算法研究[J]. 葉玲潔,顏遠青.  城市勘測. 2018(01)
[7]改進的基于FPFH特征配準點云的方法[J]. 馬大賀,劉國柱.  計算機與現(xiàn)代化. 2017(11)
[8]空間柵格動態(tài)劃分的點云精簡方法[J]. 傅思勇,吳祿慎,陳華偉.  光學學報. 2017(11)
[9]基于SAC-IA和改進ICP算法的點云配準技術(shù)[J]. 陳學偉,朱耀麟,武桐,王祖全.  西安工程大學學報. 2017(03)
[10]多精度遺址文物三維點云獲取技術(shù)的研究[J]. 朱黎,胡濤.  湖北民族學院學報(自然科學版). 2017(01)

博士論文
[1]三維點云配準技術(shù)研究[D]. 熊風光.中北大學 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 2016

碩士論文
[1]三維點云重建中的去噪算法研究[D]. 劉靜靜.北京交通大學 2019
[2]基于點云數(shù)據(jù)的預處理算法研究[D]. 俞浩.合肥工業(yè)大學 2019
[3]基于點云的非合作目標提取與位姿解算[D]. 司譯文.哈爾濱工業(yè)大學 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 2012



本文編號：3065548