CN112682635B - 博物馆文物三维扫描数据采集平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种博物馆文物三维扫描数据采集平台，包括支架和设置在所述支架上的图像采集装置，其中，所述支架包括分别由多个管段构成的竖向支撑杆及与所述竖向支撑杆互成夹角设置的横向支撑杆，所述横向支撑杆的自由端通过一转动装置连接一横向悬挂梁，所述横向悬挂梁受驱的沿水平面转动，其一端设置有一配重块，另一自由端与所述图像采集装置连接，所述图像采集装置至少包括分别采集左眼图像和右眼图像以形成三维视觉图像的第一摄像头和第二摄像头，以及用于感知距离以形成立体景深的红外测距传感器。本发明提供的博物馆文物三维扫描数据采集平台，可满足基本的便于移动的需求。

Description

博物馆文物三维扫描数据采集平台

技术领域

本发明涉及一种数据采集平台，特别是涉及一种博物馆文物三维扫描数据采集平台。

背景技术

文物数字化可使文物承载的历史信息永久保存，并可以互联网为媒介，利用大屏幕、电脑、智能手机等终端载体，实现博物馆展品线上浏览，构建不受时间、空间限制的数字博物馆，实现博物馆之间文物资源共享，为智能博物馆的建设打下基础。复杂性和系统性是博物馆精品文物保护与管理工作的数字化建设的基本特点。就目前情况看，博物馆文物保护和管理的数字化建设可以分为两个环节。首先，要采集文物的各项具体数据，掌握文物的特征，便于对文物进行分类，有助于日后的数据录入、编排及搜集。其中搜集可以分为两类，一是文字数据的收集；二是文物实体图像收集。其次，对我们所收集的信息进行简单的处理和使用，分类整理我们搜集的信息，再将其录入到系统之中。而针对其中的文物实体图像的收集，其方式又大致分为两类，一类是平面图像数据的采集，另一类则是立体的三维数据的采集及三维重建。对于平面图像数据的采集来说，通过普通的摄影器材即可实现，但其受到文物种类的限制，只能适用于古书画或类似绢帛类的适宜平面展示的展品，不宜对具有立体结构的文物进行数字化展示。而对于大多数具有立体结构的文物种类来说，则需要借助立体采集平台进行三维数据的采集。目前最常用的是采用三维扫描仪来进行文物的三维数据采集。常见的三维扫描仪大致分为接触式和非接触式两类，由于文物的特殊属性，因此，在针对文物进行三维数据采集时，并不推荐使用接触式的三维扫描仪。现在普遍应用的非接触式三维扫描仪，一般可包括激光扫描仪、照相式扫描仪和CT断层扫描仪。其中，由于激光扫描仪和CT断层扫描仪的扫描精度较高，但是效率低并且设备造价高昂，因此更常见的是通过照相式扫描仪进行文物的三维数据采集。

照相式扫描仪在进行三维数据采集及三维建模重建时基本遵循了相类似的原理，即利用立体相机采集多个角度的图像，基于摄影测量法得出相机内参，进而将多幅二维图像的像素从二维空间映射到三维空间。具体可参照中国专利申请CN109199392A中公开的步骤进行。

但是，发明人发现，即使是依靠相对灵活的照相式扫描仪进行文物的三维扫描及重建时，基于文物不易移动的特性，对于大量文物进行数字化重建时，仍然是个非常艰巨的任务。仅仅参考2016年的数据，中国博物馆文物藏品超100万的省市有9个，分别为：四川、山东、陕西、上海、江苏、湖北、浙江、北京、云南。其中中四川文物藏品最多，共419.99万件，山东和陕西分别排名第二和第三，文物藏品数量分别为：330.14万件和240.99万件。即使对于排名较低的省份来说，其博物馆馆藏数量也是数十万件的藏品。这对于现有的难以移动的照相式三维扫描仪来说，几乎是无法完成的任务。

由此可见，现有技术存在的上述问题亟需改进。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种非常适宜部署且便于移动的博物馆文物三维扫描数据采集平台。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的博物馆文物三维扫描数据采集平台，包括支架和设置在所述支架上的图像采集装置，其中，所述支架包括分别由多个管段构成的竖向支撑杆及与所述竖向支撑杆互成夹角设置的横向支撑杆，所述横向支撑杆的自由端通过一转动装置连接一横向悬挂梁，所述横向悬挂梁受驱的沿水平面转动，其一端设置有一配重块，另一自由端与所述图像采集装置连接，所述图像采集装置至少包括分别采集左眼图像和右眼图像以形成三维视觉图像的第一摄像头和第二摄像头，以及用于感知距离以形成立体景深的红外测距传感器。

作为优选，所述转动装置包括连接至所述横向支撑杆的自由端的连接杆，以及与所述连接杆连接的安装盒，所述安装盒上设置有驱动电机，所述安装盒内设置有与所述驱动电机的输出轴连接的齿轮传动机构，所述齿轮传动机构至少包括一与所述横向悬挂梁形成转动连接的传动齿轮。

作为优选，所述连接杆通过第二角连接件与所述横向支撑杆的自由端连接，所述第二角连接件包括相对设置的两个弧形侧板，两个所述弧形侧板界定第一安装空间，所述连接杆夹持固定于所述第一安装空间。

作为优选，相对的两个所述弧形侧板上对应设置有多个调节孔，所述调节孔内设置有固定螺栓，所述连接杆端部铰接在所述横向支撑杆的自由端，所述固定螺栓构造为与不同的所述调节孔配合以对所述连接杆相对于所述横向支撑杆的夹角进行调整。

作为优选，所述调节孔呈扇形分布在所述弧形侧板上。

作为优选，所述竖向悬挂梁通过蝶形螺母配合螺栓角度可调地连接在所述横向悬挂梁上，且其至少包括相互铰接的第一竖向悬挂杆及第二竖向悬挂杆。

作为优选，所述竖向支撑杆并列设置有两个，两个所述竖向支撑杆通过第一角连接件与所述横向支撑杆连接。

作为优选，所述第一角连接件包括相对设置的两个侧板，两个所述侧板与所述竖向支撑杆连接且界定出第二安装空间，所述横向支撑杆夹持固定于所述第二安装空间。

作为优选，所述横向支撑杆位于所述第二安装空间内的一端与所述侧板通过定位销铰接且被所述竖向支撑杆的端部支撑，所述侧板上穿设有一对所述横向支撑杆的转动角度进行限位的限位销。

作为优选，所述支架还包括连接在所述竖向支撑杆底部的支脚机构，所述支脚机构包括呈中心对称设置以形成支撑面的多个支脚本体，每个所述支脚本体由多个管段构成，其一端通过可动卡箍滑动连接在所述竖向支撑杆上，另一端设置有与承载面相接的垫片；所述竖向支撑杆的底部设置有一固定卡箍，所述固定卡箍上铰接有滑动支撑杆，所述滑动支撑杆的数量与所述支脚本体对应且其自由端均位置可调地连接在所述支脚本体上。

与现有技术相比较，本发明提供的博物馆文物三维扫描数据采集平台，主体支撑部分均由多个相互插接的管段构成，该管段可为圆管、方管等型材，材质优选质轻且强度高的铝合金材质，满足基本的便于移动的需求。同时，在进一步的改进方案中，支撑部分各部位角度可调，便于图像采集过程中的摄像头姿态调整以及折叠减少体积，进一步提升便携性，可大大有利于三维扫描数据采集平台在大型博物馆数字化过程中的设备部署。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

图1为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的第一个实施例的立体结构示意图。

图2为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的第一个实施例的另一视角的立体结构示意图(包括局部放大视图)。

图3为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的第一个实施例的支架的结构示意图(隐藏部分结构且包含局部放大图)。

图4为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的第二个实施例的立体结构示意图(包含局部放大视图)。

图5为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的第二实施例的反光罩的结构示意图(包括局部放大)。

图6为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的图像采集装置的结构示意图。

图7为本发明的博物馆文物三维扫描数据采集平台的卡接件的结构示意图。

图8为图7中沿A-A向的剖面结构示意图。

主要附图标记：

1…支架；2…转动装置；3…图像采集装置；4…反光罩；11…竖向支撑杆；12…支脚机构；13…横向支撑杆；14…横向悬挂梁；15…竖向悬挂梁；16…第一角连接件；17…第二角连接件；21…连接杆；22…安装盒；23…驱动电机；31…第一摄像头；32…第二摄像头；33…红外测距传感器；41…立柱；42…第一连杆；43…第二连杆；44…可动卡环；45…固定卡环；111…第一支撑管段；112…第二支撑管段；113…第三支撑管段；114…第四支撑管段；115…第五支撑管段；121…可动卡箍；122…支脚本体；123…固定卡箍；124…滑动支撑杆；131…第一横向支撑管段；132…第二横向支撑管段；141…横向悬挂梁本体；142…配重块；151…第一竖向悬挂杆；152…第二竖向悬挂杆；161…侧板；162…限位销；163…定位销；171…弧形侧板；221…传动齿轮；411…卡接件；421…第一连杆平直段；422…第一连杆弯折段；423…连动件；441…第一连接部；451…第二连接部；1211…限位块；1221…第一支脚管段；1222…第二支脚管段；1223…垫片；1231…减震弹簧；1711…调节孔；4111…拉环；4112…销体；4113…压缩弹簧；4114…滚珠。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

如图1至图3及图6所示，本发明实施例提供的博物馆文物三维扫描数据采集平台，包括支架1和设置在所述支架1上的图像采集装置3，其中，所述支架1包括分别由多个管段构成的竖向支撑杆11及与所述竖向支撑杆11互成夹角设置的横向支撑杆13，在这一实施例中，竖向支撑杆11具体可由第一支撑管段111、第二支撑管段112、第三支撑管段113、第四支撑管段114及第五支撑管段115构成，而所述横向支撑杆13则由第一横向支撑管段131及第二横向支撑管段132构成。分别构成竖向支撑杆11和横向支撑杆13的各管段之间可为过盈配合的相互插接关系，便于部署、拆卸及伸缩调整。其中，所述横向支撑杆13的自由端通过一转动装置2连接一横向悬挂梁14，所述横向悬挂梁14受驱的沿水平面转动，其一端设置有一配重块142，另一自由端与所述图像采集装置3连接。当转动装置2带动横向悬挂梁14旋转时，配重块142可构造为保证图像采集装置3始终处于水平工作状态，且在这一旋转过程中，图像采集装置3将同时转动，以便从不同角度对文物进行图像采集。具体地，在本实施例中，所述图像采集装置3可示例性地至少包括分别采集左眼图像和右眼图像以形成三维视觉图像的第一摄像头31和第二摄像头32，以及用于感知距离以形成立体景深的红外测距传感器33。另需说明的是，在本发明中，针对二维图像采集以及三维重建部分，并不做具体改进，通过现有技术中照相式三维扫描仪类似的解决方案均可实现数据处理部分的工作，在本申请中并不做具体描述。本发明旨在建立便于移动和部署的数据采集平台，以适应大型博物馆中不可移动或不方便移动的多种文物的三维扫描数据采集。

图2的局部放大图示出了转动装置2的一种具体结构，如图2所示，所述转动装置2可包括连接至所述横向支撑杆13的自由端的连接杆21，以及与所述连接杆21连接的安装盒22，所述安装盒22上设置有驱动电机23，所述安装盒22内设置有与所述驱动电机23的输出轴(图中未示出)连接的齿轮传动机构(图中未标注)，所述齿轮传动机构至少包括一与所述横向悬挂梁14形成转动连接的传动齿轮221。虽然在本视图中仅示出了一个传动齿轮221，但本领域技术人员可以理解的是，依靠齿轮啮合实现传动或者齿轮与铰链实现的传动，均属于本领域技术人员可以知晓且可做出合理变形以适应不同需求的结构。

而在转动装置2与横向支撑杆13的连接方式上，本发明也给出了示例性结构，如图3所示，所述连接杆21通过第二角连接件17与所述横向支撑杆13的自由端连接，所述第二角连接件17包括相对设置的两个弧形侧板171，两个所述弧形侧板171界定第一安装空间(图中未标注)，所述连接杆21夹持固定于所述第一安装空间。再具体地，虽然在常规使用场景下，转动装置2与所述横向支撑杆12成90度夹角设置即可，但在特殊工况下，仍然可能需要对这一夹角进行调整，因此，在一些实施例中，作为优选，相对的两个所述弧形侧板171上对应设置有多个调节孔1711，多个所述调节孔1711可优选地扇形分布在所述弧形侧板171上，所述调节孔1711内设置有固定螺栓(图中未标注)，所述连接杆21端部铰接在所述横向支撑杆13的自由端，所述固定螺栓构造为与不同的所述调节孔1711配合以对所述连接杆21相对于所述横向支撑杆13的夹角进行调整。对于此部分的夹角调整，另一潜在收益是，在需要移动整体平台时，可通过调整角度，实现整体占用空间改变，便于移动。

基于同样的考虑，本发明技术方案中的竖向悬挂梁，也存在角度调整需求，当然，此时更重要的意义在于缩小空间占用。具体地，作为优选，所述竖向悬挂梁15可通过蝶形螺母配合螺栓角度可调地连接在所述横向悬挂梁14上，且其至少包括相互铰接的第一竖向悬挂杆151及第二竖向悬挂杆152。第一竖向悬挂杆151和第二竖向悬挂杆152一方面可以调整图像采集装置3的工作高度，另一方面可实现折叠，进一步减少空间占用，便于采集平台整体移动。

另请继续参照图1至图3所示，在本发明技术方案中，为了提升支撑稳定性，作为优选，所述竖向支撑杆11可并列设置有两个，两个所述竖向支撑杆11可进一步通过第一角连接件16与所述横向支撑杆13连接。图3中的一个局部放大具体示出了第一角连接件16的结构(省去了一个侧板)，如图3所示，所述第一角连接件16可包括相对设置的两个侧板161，两个所述侧板161与所述竖向支撑杆11连接且界定出第二安装空间(图中未标注)，所述横向支撑杆13夹持固定于所述第二安装空间。事实上，第一角连接件16除了起基本的连接固定作用之外，更重要的意义仍在于实现便于部署及角度可调实现空间占用改变，以有利于平台移动，因此，更具体来说，所述横向支撑杆13位于所述第二安装空间内的一端与所述侧板161可通过定位销163铰接且被所述竖向支撑杆11的端部支撑，所述侧板161上穿设有一对所述横向支撑杆13的转动角度进行限位的限位销162。当需要折叠支架1整体时，可移除限位销162，并将横向支撑杆13绕定位销163旋转，且同时将各插接管段收合到一起，以此可以将整体结构的空间占用降低到最小，便于挪动位置进行下一文物的数据采集。

另外，为了更进一步的提升支撑稳定性，如图1至图3所示，作为优选，所述支架1还包括连接在所述竖向支撑杆11底部的支脚机构12，所述支脚机构12包括呈中心对称设置以形成支撑面的多个支脚本体122，每个所述支脚本体122也同样由多个管段构成，在这一实施例中，具体示出为第一支脚管段1221和第二支脚管段1222，便于收合。其一端通过可动卡箍121滑动连接在所述竖向支撑杆11上，另一端设置有与承载面(例如地面)相接的垫片1223；所述竖向支撑杆11的底部设置有一固定卡箍123，所述固定卡箍123上铰接有滑动支撑杆124，所述滑动支撑杆124的数量与所述支脚本体122对应且其自由端均位置可调地连接在所述支脚本体122上。事实上，如图所示，两个竖向支撑杆11被箍紧在可动卡箍121与固定卡箍123内，不同的是，在收合支脚实现高度调整或整体折叠时，可动卡箍121可沿竖向支撑杆11滑动，但固定卡箍123的位置固定。另需要说明的是，采用两个竖向支撑杆11的方案已可在很大程度上提升支撑稳定性。但是对于需要高精度的图像采集工作时，转动装置2的转动带动图像采集装置3进行全方位图像数据采集时，支架1整体仍可能产生微小震动。为此，在本发明中，如图3所示，可考虑在两个所述竖向支撑杆11位于所述可动卡箍121内设置限位块1211以使两者之间存有间隙，而对应地在两个所述竖向支撑杆11之间位于所述固定卡箍123内设置减震弹簧1231。如此一来，由于转动装置2工作过程中产生的微小震动，在传递到支架1上时，可在很大程度上被减震弹簧1231吸收。进一步起到稳定图像采集装置3姿态的作用。

另外，在本发明提供的图4及图5的示例中，提供了第二实施例的方案，与第一实施例不同的是，在这一实施例中，还包括一设置于所述转动装置的安装盒22上的反光罩4，反光罩4的作用在于为图像采集装置3的工作提供理想的光线环境，当然，此时需要被采集图像的文物被置于反光罩4下且大致位于图像采集装置3的旋转中心。具体地，参照图5，在本发明图示中，为了便于表述结构，省去了反光罩中的反光材料覆盖物，而仅示出了龙骨结构，如图所示，该反光罩的龙骨结构具体包括连接在安装盒22上的立柱41以及穿设在所述立柱41上的可动卡环44和固定卡环45，所述可动卡环44上设置有多个第一连接部441，所述固定卡环45上设置有与所述第一连接部441数量对应的第二连接部451，其中，所述第二连接部451上铰接有第一连杆42，所述第一连接部441上铰接有第二连杆43，所述第二连杆43的另一自由端滑动连接在所述第一连杆42上。如此一来，这种结构可配合覆盖于第一连杆42上的反光材料实现补光，并非常方便的可实现反光罩4本身的收合。在一些改进方案中，所述第一连杆42包括第一连杆平直段421和第一连杆弯折段422，具体的，第一连杆平直段421一端与所属第二连接部451铰接，另一端滑动连接在所述第一连杆弯折段422的中部，而所述第一连杆弯折段422的一个自由端则通过一连动件423(实际可为一杆型件)连接至所述第二连杆43上。在这样的结构中，反光罩4本身可构成类似伞形的聚光结构，补光效果更好。

承前所述，在第二实施例中，反光罩4也可以通过收合实现体积缩小，提升便携性，其中关键因素在于可动卡环44可沿立柱41滑动，且通过第二连杆43的牵拉可实现第一连杆42的收合。可动卡环44具体可以过盈配合方式卡接在立柱41上，其摩擦力足够支撑反光罩本身自重即可。但为了防止意外滑脱，在立柱41上还可增设卡接件411对可动卡环44进行位置限位。图8给出了一种具体实现结构，如图8所示，所述卡接件411可包括一穿设在所述立柱上的销体4112以及设置在所述销体4112一端便于牵拉的拉环，所述销体4112的另一端沿径向开设有一安装孔(图中未标注)，所述安装孔内设置有一压缩弹簧4113及一滚珠4114，所述滚珠4114至少部分位于所述安装孔外。这样一来，在通过卡接件411插接到立柱41上固定可动卡环44时，销体4112在穿过插孔时，滚珠4114受挤压而完全没入安装孔中，而当销体4112穿出插孔时，滚珠4114可被压缩弹簧4113复位，由此可避免卡接件411意外松脱，实现更好的固定效果。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.博物馆文物三维扫描数据采集平台，包括支架和设置在所述支架上的图像采集装置，其中，所述支架包括分别由多个管段构成的竖向支撑杆及与所述竖向支撑杆互成夹角设置的横向支撑杆，所述横向支撑杆的自由端通过一转动装置连接一横向悬挂梁，所述横向悬挂梁受驱的沿水平面转动，其一端设置有一配重块，另一自由端与所述图像采集装置连接，所述图像采集装置至少包括分别采集左眼图像和右眼图像以形成三维视觉图像的第一摄像头和第二摄像头，以及用于感知距离以形成立体景深的红外测距传感器；所述转动装置包括连接至所述横向支撑杆的自由端的连接杆，以及与所述连接杆连接的安装盒，所述安装盒上设置有驱动电机，所述安装盒内设置有与所述驱动电机的输出轴连接的齿轮传动机构，所述齿轮传动机构至少包括一与所述横向悬挂梁形成转动连接的传动齿轮；还包括一设置于所述转动装置的安装盒上的反光罩。

2.如权利要求1所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，所述连接杆通过第二角连接件与所述横向支撑杆的自由端连接，所述第二角连接件包括相对设置的两个弧形侧板，两个所述弧形侧板界定第一安装空间，所述连接杆夹持固定于所述第一安装空间。

3.如权利要求2所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，相对的两个所述弧形侧板上对应设置有多个调节孔，所述调节孔内设置有固定螺栓，所述连接杆端部铰接在所述横向支撑杆的自由端，所述固定螺栓构造为与不同的所述调节孔配合以对所述连接杆相对于所述横向支撑杆的夹角进行调整。

4.如权利要求3所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，所述调节孔呈扇形分布在所述弧形侧板上。

5.如权利要求1所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，竖向悬挂梁通过蝶形螺母配合螺栓角度可调地连接在所述横向悬挂梁上，且其至少包括相互铰接的第一竖向悬挂杆及第二竖向悬挂杆。

6.如权利要求1所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，所述竖向支撑杆并列设置有两个，两个所述竖向支撑杆通过第一角连接件与所述横向支撑杆连接。

7.如权利要求6所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，所述第一角连接件包括相对设置的两个侧板，两个所述侧板与所述竖向支撑杆连接且界定出第二安装空间，所述横向支撑杆夹持固定于所述第二安装空间。

8.如权利要求7所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，所述横向支撑杆位于所述第二安装空间内的一端与所述侧板通过定位销铰接且被所述竖向支撑杆的端部支撑，所述侧板上穿设有一对所述横向支撑杆的转动角度进行限位的限位销。

9.如权利要求1所述的博物馆文物三维扫描数据采集平台，所述支架还包括连接在所述竖向支撑杆底部的支脚机构，所述支脚机构包括呈中心对称设置以形成支撑面的多个支脚本体，每个所述支脚本体由多个管段构成，其一端通过可动卡箍滑动连接在所述竖向支撑杆上，另一端设置有与承载面相接的垫片；所述竖向支撑杆的底部设置有一固定卡箍，所述固定卡箍上铰接有滑动支撑杆，所述滑动支撑杆的数量与所述支脚本体对应且其自由端均位置可调地连接在所述支脚本体上。

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