CN110411415B - 一种用于物品三维重建的摄影方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于物品三维重建的摄影方法，首先对被摄物品进行整体拍摄，然后将被摄物品从结构上进行虚拟拆分，分别对虚拟拆分后的各拆分部件进行独立拍摄，并对拆分连接部位进行着重拍摄，同时在拍摄时在被摄物品外部设置标记，用于对不同部位进行辅助特征匹配与连接。通过对被摄物品进行虚拟拆分，再对整体与虚拟拆分的部件进行独立拍摄，获取被摄物品完整三维重建所需的有效影像，保证三维重建的质量，提高被摄物品数字化的完整性和准确性。

Description

一种用于物品三维重建的摄影方法

技术领域

本发明涉及三维重建技术领域，尤其是涉及一种用于物品三维重建的摄影方法。

背景技术

三维重建，就是对物品按一定规则进行照片拍摄后，通过数据处理，生成一个与物品的几何形状和纹理特征相同的三维纹理模型，主要用于文物的数字化。

对于可移动文物的摄影测量三维重建，一般采用近景数字摄影测量基本方法。即：以文物为中心，采用环状航带拍摄方法，使用相机围绕文物进行连续的航带照片拍摄，获得的文物照片符合摄影测量三维重建软件识别和三维纹理模型计算生成的要求。

环状航带拍摄方法，对于外形较规则，或结构角度过渡较自然的文物，基本可以满足三维重建要求。但是对于外形凹凸变化较大，或者局部角度变化呈现小钝角或锐角的文物，这种拍摄方法往往无法获取这些突变结构完整和连续的影像数据，从而在后期模型运算过程中，经常出现模型计算失败、局部结构缺失、表面纹理错乱或者拉伸等现象，使文物三维重建的质量大幅度下降，甚至重建失败。

由于可移动文物尤其是高等级馆藏文物的保护和管理要求严格，为避免反复提取文物，增加文物安全风险，所以数据采集过程一次成功率是非常重要的。

现有的技术方法，对复杂结构文物重建的完整性和准确性难以保证，需要在后期数据加工过程中，对重建缺失、变形部位进行虚拟制作，这种方法对真实记录和反映文物现状都存在较大误差，使文物数字化的准确性大幅度下降。对于重要文物则要求以真实数据为主，一般不能进行虚拟制作，此时则需要反复提取文物进行补充采集，对于文物本体的保护风险大幅度增加；多次采集数据，还大大增加了工作量；多次采集的数据之间会产生明显的融合误差，严重影响文物三维重建成果的质量。

当被摄物品表面特征在照片中表现较为均一和规则性重复时，按摄影测量原理，将导致三维重建软件计算的失败或重建混乱。

因此，如何拍摄可用于文物完整、正确三维重建的照片，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于物品三维重建的摄影方法，通过对被摄物品进行虚拟拆分，再对整体与虚拟拆分的局部进行独立拍摄，分别获取被摄物品各部件及其连接部位完整和连续的影像数据，保证被摄物品三维重建的质量，提高被摄物品数字化的准确性。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种用于物品三维重建的摄影方法，首先对被摄物品进行整体拍摄，然后将被摄物品从结构上进行虚拟拆分，分别对虚拟拆分后的各拆分部件进行独立拍摄，并对拆分的连接部位进行着重拍摄。

本发明进一步设置为：对虚拟拆分的各拆分部件采用近景摄影测量方法、摄影测量航带设置进行拍摄；对物品整体采用摄影测量航带设置方法进行拍摄。

本发明进一步设置为：对拆分连接部位采用航带拍摄方法进行拍摄。

本发明进一步设置为：对被摄物品的虚拟拆分，是以物品结构表面出现角度突变的部位为虚拟拆分部位。

本发明进一步设置为：所述角度突变，所述角度突变，是指各虚拟拆分部件之间连接部位表面夹角至少在一个方向上小于150度。

本发明进一步设置为：对被摄物品的虚拟拆分，是以物品表面的凹凸结构处为虚拟拆分部位。

本发明进一步设置为：所述物品表面的凹凸结构，其凹凸结构的景深范围超过相机拍摄最大清晰成像范围。

本发明进一步设置为：所述被摄物品包括可移动文物。

本发明进一步设置为：在整体物品外部、或/和拆分部位外部、或/和各拆分部件外部设置标记，用于进行定位参考。

本发明进一步设置为：所述标记包括二维码标记。

本发明进一步设置为：所述标记包括至少三个，以一定规则排布在二维空间或三维空间

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

1.本申请通过对被摄物品进行虚拟拆分，对被摄物品的突变部分进行局部拍摄，获取被摄物品上的突变结构部分完整和连续的影像数据，提高被摄物品三维重建的质量；

2.进一步地，本申请通过虚拟拆分的方法获取完整和连续的影像数据，减小了后期重建时的工作量。

3.进一步地，本申请通过在被摄物品外围设置标记用于重建时的特征匹配与定位连接，实现各部件之间在三维重建计算时相互位置的正确还原，保证重建的完整性、准确性。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例的虚拟拆分示意图；

图2是本发明的一个具体实施例对虚拟拆分后部件1的环状航带拍摄示意图；

图3是本发明的一个具体实施例对虚拟拆分后部件2的环状航带拍摄示意图；

图4是本发明的一个具体实施例对虚拟拆分后部件3的环状航带拍摄示意图；

图5是本发明的一个具体实施例的标记定位示意图；

图6是本发明的一个具体实施例的标记组合示意图；

图7是本发明的又一个具体实施例的标记定位示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一

本发明的一种用于物品三维重建的摄影方法，如图1所示，被摄物品是一个文物“兽首流方柄代盖三兽足壶”，包括壶的主体1、壶嘴2、壶把3。在三维重建的拍摄时，壶嘴2、壶把3与壶的主体1相比，都是突出于主体1的表面，壶嘴2的结构相对主体1来说，比较复杂，而壶把3的长度要比主体的最大直径大。如果采用现在常用的环状航带拍摄方法，使用相机围绕文物进行连续的航带照片拍摄，那么，在壶嘴2、壶把3部件及与壶主体1连接部位的照片无法满足完整、准确三维重建的要求。为了解决这个问题，本申请在拍摄时，先对壶进行一个整体的环状航带拍摄，再对壶进行虚拟拆分。壶嘴2、壶把3与壶的主体1的连接部位，改变了壶主体1表面的变化趋势，发生了表面结构突变，因而在拍摄时，把壶嘴2、壶把3、主体1进行虚拟拆分，对拆分成局部的三个部件壶的主体1、壶嘴2、壶把3分别进行拆分部件的独立拍摄，对每一拆分部件的拍摄采用近景摄影测量方法，按摄影测量航带要求进行，再着重对拆分连接部位进行拍摄。

对主体1按摄影测量航带要求进行拍摄的示意图如图2所示，因为壶的主体1是一个圆形结构，因此围绕壶的主体1进行任意角度的环状航带拍摄。

对壶把3按摄影测量航带要求进行拍摄的示意图如图3所示，因为壶把3是一个长形结构，其主要特征体现在长形结构上，因此围绕垂直于壶把3长度方向进行环状航带拍摄。

对壶嘴2按摄影测量航带要求进行拍摄的示意图如图4所示，同样地，因为壶嘴2是一个Z字形的结构，其主要特征体现在Z字形结构上，围绕Z字形与水平方向成一定夹角进行环状航带拍摄，采集Z字形结构的数据特征；夹角的角度可以是根据需要进行选择。

对于主体1与壶嘴2的连接部位5、主体1与壶把3的连接部位4，则进行连接航带拍摄，以便于在三维重建时能够有充分的数据，把壶嘴2、壶把3与主体1连接起来，进行重建。

对于壶的壶盖，相对主体1表面也是具有突变的特征，因而对于壶盖可以进行虚拟拆分；但一方面由于壶盖的景深属于相机拍摄最大清晰成像范围内，另一方面其环状航带拍摄的环状方向与主体1的环状方向相同，因而也可以不进行虚拟拆分。

如果把壶盖取掉，对于壶口与壶底位置，其景深超过了相机拍摄最大清晰成像范围，同样地，对壶口与壶底进行虚拟拆分，分别进行环状航带拍摄，避免壶口与壶底在三维重建时可能引起的重建计算错误。

1.在本申请的一个具体实施例中，对于一个被摄物品，进行虚拟拆分时，以物品表面结构出现角度突变的部位为虚拟拆分部位，角度突变是指各虚拟拆分部件之间连接部位表面夹角至少在一个方向上小于150度。

在本申请的一个具体实施例中，对于一个被摄物品，进行虚拟拆分时，以被摄物品表面的凹凸结构处为虚拟拆分部位。

优先地，凹凸结构是指景深范围超过相机拍摄最大清晰成像范围的结构部件，或表面变化趋势发生突变后的结构部件。

具体实施方式二

本发明的一种用于物品三维重建的摄影方法，当被摄物品进行环状航带拍摄后，会产生大量的照片，特别是当被摄物品被虚拟拆分后，环状航带拍摄的照片会更多。当被摄物品表面特征在照片中表现较为均一和规则性重复时，按摄影测量原理，将导致三维重建软件计算的失败或重建混乱相同或相似部位的数据会引起重建混乱。为了保证重建的正确性和完整性，在被摄物品的外侧放置二维码标记，辅助进行特征匹配与定位连接。

在本申请的一个具体实施例中，二维码标记为1个成组二维码标记板，放置于环状航带拍摄时不遮挡被摄物品的一侧，拍摄过程中保持位置不变。

在本申请的一个具体实施例中，包括多个二维码，这些二维码互不相同，按照一定规律设置在二维空间，如按照阵列方式排布在二维空间，形成二维码阵列标记；或按照圆环方式排布在二维空间，形成二维码圆环标记，把这些规则排布的二维码标记制成二维码标记板，作为被摄物品的拍摄背景，辅助实现三维重建计算时对被摄物品各部位的特征匹配与定位连接。

在本申请的一个具体实施例中，被摄物品与二维码标记板的相互位置，如图5所示，被摄物品放置在二维码标记板上，被摄物品投影到二维码标记板上，此时对被摄物品进行水平的环状航带拍摄，被摄物品的各部位与二维码标记板上的二维码构成参照关系，增加了三维重建时物品的辅助匹配连接关系特征，提高了物品三维重建的正确性，特别是物品表面特征均一和规则重复时。

在本申请的一个具体实施例中，被摄物品虚拟拆分后，对虚拟拆分的部分进行独立拍摄，二维码标记板与拆分部分的环状面平行放置，这样，在环状航带拍摄时，环状带上的每张照片被摄物品各部位与二维码标记板上的二维码构成参照关系。

在本申请的一个具体实施例中，包括多个二维码，这些二维码互不相同，按照一定规律设置在三维空间，形成二维码组合的三维空间标记，三维空间标记可以是任何立体结构，如多边体、长方体、正方体，立体结构的每一平面的二维码数量是一个或多于一个，当二维码数量多于一个时，二维码在所述平面上以一定规则排布或任意排布。

如图6所示，三维空间标记的为正方体，正方体的每一面包括一个二维码。

如图7所示，在被摄物品的周围设置多个三维空间标记，用于进行多角度拍摄。在以不同环状航带进行拍摄时，都能够使被摄物品与二维码构成参照关系。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：首先对被摄物品进行整体拍摄，然后将被摄物品按结构特征，从表面结构发生突变处进行虚拟拆分，分别对虚拟拆分后的各拆分部件进行独立拍摄，每一拆分部件的拍摄采用近景摄影测量方法，并对拆分连接部位着重进行连接关系拍摄，拍摄时在被摄物品外部设置二维码标记，被摄物品的各部位与二维码标记板上的二维码构成参照关系，采用环状航带方法拍摄。

2.根据权利要求1所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：采用近景摄影测量方法，对物品整体、虚拟拆分的各拆分部件、拆分连接部位采用不同方向的航带法进行拍摄。

3.根据权利要求1所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：对被摄物品的虚拟拆分，是以被摄物品的环状航带拍摄时环状航带的方向不同进行拆分。

4.根据权利要求1所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：对被摄物品的虚拟拆分，是以被摄物品结构表面出现角度突变的部位为虚拟拆分部位。

5.根据权利要求4所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：所述角度突变，是指各虚拟拆分部件之间连接部位表面夹角至少在一个方向上小于150度。

6.根据权利要求1所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：对被摄物品的虚拟拆分，是以被摄物品表面的凹凸结构处为虚拟拆分部位。

7.根据权利要求6所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：所述凹凸结构是指景深范围超过相机拍摄最大清晰成像范围的结构部件。

8.根据权利要求1所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：所述被摄物品包括可移动文物。

9.根据权利要求1所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：在整体物品外部、或/和拆分部位外部、或/和各拆分部件外部设置标记，辅助进行特征匹配与定位连接。

10.根据权利要求9所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：所述标记包括二维码。

11.根据权利要求9所述的用于物品三维重建的摄影方法，其特征在于：所述标记包括至少三个，以一定规则排布在二维空间或三维空间。

Images