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专利名称：一种文物法向图的扫描方法
技术领域：
本发明涉及一种文物法向图的扫描方法。
背景技术：
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。

发明内容
本发明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，本发明采用如下技术方案一种文物法向图的扫描方法，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 [-1. 0,1.0]线性映射到红色分量r G
b)把ny G [-1. 0,1.0]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。本发明的有益效果本发明提供了一种简单、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。本发明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。本发明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。


图I为本发明的实施的流程图；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发明作进一步的说明图I为本发明的实施流程图，如图所示，本发明的实现过程如下(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
1.一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所述的一种文物法向图的扫描方法，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所述的一种文物法向图的扫描方法，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所述的一种文物法向图的扫描方法，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 [-1.0,1.0]线性映射到红色分量r G
b)把nyG [-1.0,1.0]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，保存到法向图中。
全文摘要
本发明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。
文档编号G01B11/22GK102798351SQ201210123019
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者潘荣江 申请人:山东大学