一种文物三维信息采集装置
技术领域
本实用新型涉及文物三维重建技术领域,具体涉及一种文物三维信息采集装置。
背景技术
三维重建技术是以数字相机作为影像获取工具,从不同角度围绕被拍摄物体获取多幅数字影像,然后根据计算机视觉原理,对获取的全部数字影像进行空间上推测的相互匹配,生成被拍摄物体的表面三维点云,加载影像信息后得到推测的三维模型。
文物的三维重建是新兴起的一个研究领域,操作者可以通过手持扫描仪等相关设备来完成文物的三维重建工作,但这种方法基本依靠操作者的手工完成,对操作者的技术水平要求较高,操作繁琐复杂,重建效率很低。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种文物三维信息采集装置,以解决操作者通过手持扫描仪等相关设备来完成文物的三维重建工作时基本依靠操作者的手工完成,对操作者的技术水平要求较高,操作繁琐复杂,重建效率很低,精度不高的问题。
为实现上述目的,本实用新型提供了如下技术方案:
一种文物三维信息采集装置,包括:矩形框架、升降组件、载物组件、采集设备组件和采集设备滑动组件,其中:
所述升降组件设置在所述矩形框架内;
所述载物组件由所述升降组件驱动上下运动;所述载物组件包括载物平台和载物平台回转电机,所述载物平台设置在所述载物平台回转电机的输出端,所述载物平台回转电机驱动所述载物平台转动;所述载物平台回转电机设置在所述升降组件的上;
所述采集设备组件包括采集设备支撑横梁、数码相机滑动台、数码相机承台、数码相机转台、第一数码相机和扫描仪,所述采集设备支撑横梁的两端分别垂设一连接臂,所述连接臂上分别设有一分度盘;所述数码相机滑动台对称设置在所述采集设备支撑横梁上;所述数码相机承台设置在所述数码相机滑动台上;所述数码相机转台设置在所述数码相机承台上;所述第一数码相机设置在所述数码相机转台上;所述扫描仪通过固定架悬挂在所述采集设备支撑横梁上;
所述采集设备滑动组件包括水平滑动组件和竖向滑动组件,所述水平滑动组件设置在所述矩形框架的侧面上,所述竖向滑动组件垂直于所述水平滑动组件并与所述水平滑动组件滑动连接;所述竖向滑动组件驱动所述采集设备组件上下运动。
作为优选,所述升降组件为剪式升降机。
作为优选,本实用新型还提供了一种所述升降组件,所述升降组件包括基板组件、顶板组件和铰接组件,其中:
所述基板组件包括基板、基板固定铰接座、基板固定座、基板滑动铰接座、限位座、传动螺纹杆、升降驱动电机和基板光杆;所述基板水平放置,所述基板固定铰接座和基板固定座对称设置所述基板的两端,所述基板滑动铰接座设置在所述基板固定铰接座和基板固定座之间;所述限位座固设在所述基板上并位于所述基板固定铰接座和基板滑动铰接座之间;所述传动螺纹杆依次贯穿所述基板固定铰接座、限位座、基板滑动铰接座和基板固定座,且所述传动螺纹杆分别通过轴承与所述基板固定铰接座、限位座和基板固定座转动连接,所述传动螺纹杆与所述基板滑动铰接座螺纹连接;所述升降驱动电机通过联轴器连接所述传动螺纹杆的一端,所述升降驱动电机驱动所述传动螺纹杆转动;所述基板光杆在传动螺纹杆的两侧各设置一个,基板光杆的一端固定在基板固定铰接座上,另一端依次贯穿限位座、基板滑动铰接座后固定在基板固定座上,且所述基板光杆与基板滑动铰接座滑动连接;
所述顶板组件包括顶板、顶板固定铰接座、顶板固定座、顶板滑动铰接座和顶板光杆,所述顶板固定铰接座和顶板固定座固设在所述顶板的下表面,所述顶板固定铰接座的位置与所述基板固定铰接座相对应,所述顶板固定座的位置与所述基板固定座相对应;所述顶板滑动铰接座位于所述顶板固定铰接座和顶板固定座之间;所述顶板光杆贯穿所述顶板滑动铰接座后垂直连接在所述顶板固定铰接座和顶板固定座之间,所述顶板光杆与所述顶板滑动铰接座滑动连接;所述顶板光杆间隔设置3个;
所述铰接组件包括第一支撑杆、第二支撑杆和铰接杆,所述铰接杆垂直贯穿所述第一支撑杆和第二支撑杆的中间位置并通过轴承分别与所述第一支撑杆和第二支撑杆转动连接;所述第一支撑杆的下端与所述基板固定铰接座铰接,所述第一支撑杆的上端与所述顶板滑动铰接座铰接;所述第二支撑杆的下端与所述基板滑动铰接座铰接,所述第二支撑杆的上端与所述顶板固定铰接座铰接;所述第一支撑杆和第二支撑杆分别设置3个。
作为优选,所述数码相机滑动台上开设有承台滑动槽,所述数码相机承台外凸有与所述承台滑动槽滑动配合的承台滑动块;
所述采集设备组件还包括双向电机和承台滑动螺纹杆,所述双向电机的输出端分别连接连接一所述承台滑动螺纹杆,所述承台滑动螺纹杆通过轴承伸入所述承台滑动槽中,所述承台滑动块螺纹连接所述承台滑动螺纹杆。
作为优选,所述水平滑动组件包括水平滑动台、水平螺纹杆和滑台连接件;所述水平滑动台对称设置在所述矩形框架上,所述水平滑动台上表面向下均凹设一水平滑动槽;所述水平螺纹杆承贯穿所述水平滑动台的两端面并通过轴承与所述水平滑动台转动连接,定义2个水平螺纹杆分别为水平螺纹杆I和水平螺纹杆II,所述水平螺纹杆I靠近升降组件的一端连接有一水平滑动驱动电机,远离升降组件的一端连接有一水平主动轮;所述水平螺纹杆II上设有与所述水平主动轮相配合的水平从动轮,所述水平从动轮和水平主动轮通过第一传动带连接;所述滑台连接件均外凸一水平滑动块,其中一个所述水平滑动块螺纹连接所述水平螺纹杆I,另一个所述水平滑动块螺纹连接所述水平螺纹杆II。
作为优选,所述竖向滑动组件包括竖向滑动台、竖向螺纹杆和分度盘连接座,所述竖向滑动台对称设置且分别与一个所述滑台连接件连接;2个所述竖向滑动台相对的面上分别凹设一竖向滑动槽;所述竖向螺纹杆承贯穿所述竖向滑动台的两端面并通过轴承与所述竖向滑动台转动连接,定义2个竖向螺纹杆分别为竖向螺纹杆I和竖向螺纹杆II,所述竖向螺纹杆I的顶端连接有一竖向滑动驱动电机,所述竖向螺纹杆I的底端连接有一竖向主动轮;所述竖向螺纹杆II 上设有与所述竖向主动轮相配合的竖向从动轮,所述竖向从动轮和竖向主动轮通过第二传动带连接;所述分度盘连接座均外凸一与所述竖向滑动槽滑动配合的竖向滑动块,其中一个所述竖向滑动块螺纹连接所述竖向螺纹杆I,另一个所述竖向滑动块螺纹连接所述竖向螺纹杆II。
作为优选,所述文物三维信息采集装置还包括光源组件,所述光源组件包括灯板和灯,所述灯板设置在所述矩形框架的侧面和顶面,所述灯设置在所述采集设备支撑横梁的下面并朝向所述载物平台。
作为优选,所述采集设备组件还包括第二数码相机,所述第二数码相机设置在所述采集设备支撑横梁上。
与现有技术相比,本实用新型具有如下有益效果:
(1)本实用新型设置升降组件驱动载物组件上下运动,实现文物随载物平台的上下运动;载物组件中的载物平台回转电机驱动载物平台转动,实现文物的随载物平台转动;通过以上2中运动方式可以方便采集设备组件对文物空间和纹理数据进行全方面多角度的进行采集,便于后续实现高分辨率和高精确度的文物三维重建。
(2)本实用新型设置采集设备滑动组件,其中水平滑动组件可以调整采集设备组件和载物组件之间的水平距离,垂直滑动组件可以调整采集设备组件和载物组件之间的垂直距离;而采集设备组件中的分度盘可以调整采集设备组件与载物台之间的竖向角度;通过以上水平距离、垂直距离和角度的调整,可以方便采集设备组件对文物进行精确对焦,使采集的文物色彩、纹路和细节等数据更加精准,可以使后续文物三维重建模型更贴近实物,色彩纹理更为准确。
(3)本实用新型的采集设备组件中设置双向电机和数码相机转台等部件,双向电机等部件用于驱动第一数码相机沿数码相机滑动台运动,配合数码相机转台可以调整第一数码相机与载物台之间的水平角度,进一步提高采集文物色彩、纹路和细节等数据的精准度。本实用新型设置的灯光组件也是为了辅助提高采集文物色彩、纹路和细节等数据的精准度。
(4)本实用新型通过设置升降组件和载物组件可以对文物文物空间和纹理数据进行全方面多角度的进行采集;通过设置采集设备滑动组件可以方便采集设备组件对文物进行精确对焦,使采集的文物色彩、纹路和细节等数据更加精准,通过设置灯光组件用于辅助提高采集文物色彩、纹路和细节等数据的精准度,可以实现高分辨率和高精确度的文物三维重建,使文物三维重建模型更贴近实物,色彩纹理更为准确。
(5)本实用新型提供结构光物体表面三维点云获取,结合数码照相机多角度拍摄图像,后续通过计算机软件可将两者进行融合,从而得到几何尺寸准确、色彩逼真、纹理丰富的文物三维数字信息。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图;
图2是图1除去灯板的结构示意图;
图3是本实用新型载物组件结构示意图;
图4是图2中滑动组件结构爆炸图;
图5是本实用新型采集设备组件的结构示意图;
图6是本实用新型升降组件整体结构示意图;
图7是图6的爆炸图;
图8是图6的侧视图;
主要附图标记说明:
100-矩形框架;
200-升降组件、2011-基板、2012-基板固定铰接座、2013-基板固定座、2014- 基板滑动铰接座、2015-限位座、2016-传动螺纹杆、2017-升降驱动电机、2018- 基板光杆;2021-顶板、2022-顶板固定铰接座、2023-顶板固定座、2024-顶板滑动铰接座、2025-顶板光杆、2031-第一支撑杆、2032-第二支撑杆、2033-铰接杆;
300-载物组件、301-载物平台、302-载物平台回转电机;
400-采集设备组件、401-采集设备支撑横梁、402-数码相机滑动台、4021- 承台滑动槽、403-数码相机承台、4031-承台滑动块、404-数码相机转台、405- 第一数码相机、406-扫描仪、407-连接臂、408-双向电机、409-承台滑动螺纹杆;
501-水平滑动组件、5011-水平滑动台、50111-水平滑动槽、5012a-水平螺纹杆I、5012b-水平螺纹杆II、5013-滑台连接件、50131-水平滑动块、5014-水平滑动驱动电机、502-竖向滑动组件、5021-竖向滑动台、50211-竖向滑动槽、5022a- 竖向螺纹杆I、5022b-竖向螺纹杆II、5023-分度盘连接座、50231-竖向滑动块、 5024-竖向滑动驱动电机;
604-水平主动轮、605-水平从动轮、606-第一传动带、607-竖向主动轮、608- 竖向从动轮、609-第二传动带;
700-分度盘;
801-灯板、802-灯;
900-第二数码相机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型专利的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域所属的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,如出现术语“中心”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域所属的技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用型中的具体含义。
参照附图1-8,一种文物三维信息采集装置,包括:矩形框架100、升降组件200、载物组件300、采集设备组件400和采集设备滑动组件,其中:升降组件200设置在矩形框架100内;升降组件200可以为现有的剪式升降机;在本实施例中还提供了另一种升降组件200,具体为:升降组件200包括基板组件、顶板组件和铰接组件,其中:基板组件包括基板2011、基板固定铰接座2012、基板固定座2013、基板滑动铰接座2014、限位座2015、传动螺纹杆2016、升降驱动电机2017和基板光杆2018,基板水2011平放置,基板固定铰接座2012 和基板固定座2013对称设置基板2011的两端,基板滑动铰接座2014设置在基板固定铰接座2012和基板固定座2013之间;限位座2015固设在基板2011上并位于基板固定铰接座2012和基板滑动铰接座2014之间;传动螺纹杆2016依次贯穿基板固定铰接座2012、限位座2015、基板滑动铰接座2014和基板固定座2013,且传动螺纹杆2016分别通过轴承(附图未标示)与基板固定铰接座2012、限位座2015和基板固定座2013转动连接,传动螺纹杆2016与基板滑动铰接座2014螺纹连接;升降驱动电机2017通过联轴器(附图未示出)连接传动螺纹杆2016的一端,升降驱动电机2017驱动传动螺纹杆2016转动;基板光杆2018在传动螺纹杆2016的两侧各设置一个,基板光杆2018的一端固定在基板固定铰接座2012上,另一端依次贯穿限位座2015、基板滑动铰接座2014后固定在基板固定座2013上,且基板光杆2018与基板滑动铰接座2014滑动连接;顶板组件包括顶板2021、顶板固定铰接座2022、顶板固定座2023、顶板滑动铰接座2024和顶板光杆2025,顶板固定铰接座2022和顶板固定座2023固设在顶板2021的下表面,顶板固定铰接座2022的位置与基板固定铰接座2012相对应,顶板固定座2023的位置与基板固定座2013相对应;顶板滑动铰接座2024位于顶板固定铰接座2022和顶板固定座2023之间;顶板光杆2025的一端固定在顶板固定铰接座2022上,另一端贯穿顶板滑动铰接座2024后连接在顶板固定座 2023上,顶板光杆2025与顶板滑动铰接座2024滑动连接;顶板光杆2025间隔设置3个;铰接组件包括第一支撑杆2031、第二支撑杆2032和铰接杆2033,铰接杆2033垂直贯穿第一支撑杆2031和第二支撑杆2032的中间位置并通过轴承分别与第一支撑杆2031和第二支撑杆2032转动连接;第一支撑杆2031的下端与基板固定铰接座2012铰接,第一支撑杆2031的上端与顶板滑动铰接座2024 铰接;第二支撑杆2032的下端与基板滑动铰接座2014铰接,第二支撑杆2032 的上端与顶板固定铰接座2022铰接;第一支撑杆2031和第二支撑杆2032分别设置3个。
在使用时,打开控制升降驱动电机2017的开关使其正向转动,升降驱动电机2017转动带动传动螺纹杆2016转动,传动螺纹杆2016通过轴承分别与基板固定铰接座2012、限位座2015和基板固定座2013转动连接,另外传动螺纹杆 2016螺纹连接基板滑动铰接座2014,这样在传动螺纹杆2016传动的过程中传动螺纹杆2016会驱动基板滑动铰接座2014向基板固定铰接座2012的位置运动,同时基板滑动铰接座2014沿基板光杆2018滑动,该部分为机械丝杆传动的公知常识;在此运动过程中,基板固定铰接座2012和基板滑动铰接座2014带动第一支撑杆2031和第二支撑杆2032升起,从而实现顶板2021的升高;同理当控制升降驱动电机2017反向转动时可以实现顶板2021的下降。
载物组件300由升降组件200驱动上下运动;载物组件300包括载物平台 301和载物平台回转电机302,载物平台301设置在载物平台回转电机302的输出端,载物平台回转电机302驱动载物平台301转动;载物平台回转电机302 设置在升降组件200的上;从附图中可以看出载物平台回转电机302是固定在升降组件200的顶板2021上的。
采集设备组件400包括采集设备支撑横梁401、数码相机滑动台402、数码相机承台403、数码相机转台404、第一数码相机405和扫描仪406,采集设备支撑横梁401的两端分别垂设一连接臂407,连接臂407上分别设有一分度盘 700;数码相机滑动台402对称设置在采集设备支撑横梁401上;数码相机承台 403设置在数码相机滑动台402上;数码相机转台404设置在数码相机承台403 上;第一数码相机405设置在数码相机转台404上,数码相机转台404是现有技术中的分度盘;扫描仪406通过固定架(附图未标示)悬挂在采集设备支撑横梁401上;在本实施例中,数码相机滑动台402上开设有承台滑动槽4021,数码相机承台403外凸有与承台滑动槽4021滑动配合的承台滑动块4031;采集设备组件400还包括双向电机408和承台滑动螺纹杆409,双向电机408设置在上述的2个数码相机滑动台402之间,双向电机408的输出端分别连接一承台滑动螺纹杆409,承台滑动螺纹杆409贯穿数码相机滑动台402的两端面并通过轴承(附图未示出)与数码相机滑动台402转动连接,承台滑动块4031螺纹连接承台滑动螺纹杆409。在使用时打开控制双向电机408的开关使其工作,双向电机408驱动承台滑动螺纹杆409转动,从附图5中可以明显看出承台滑动块 4031置于承台滑动槽4021内,这样承台滑动螺纹杆409的转动就会带动承台滑动块4031沿承台滑动槽4021进行滑动,承台滑动块4031的滑动实现数码相机承台403沿数码相机滑动台402的滑动,进而实现位于数码相机承台403上的数码相机转台404和第一数码相机405沿数码相机滑动台402的滑动。
采集设备滑动组件包括水平滑动组件501和竖向滑动组件502,水平滑动组件501设置在矩形框架100的侧面上,竖向滑动组件502垂直于水平滑动组件501并与水平滑动组件501滑动连接;竖向滑动组件502驱动采集设备组件400 上下运动。在本实施例中,水平滑动组件501包括水平滑动台5011、水平螺纹杆和滑台连接件5013;水平滑动台5011对称设置在矩形框架100上,水平滑动台5011台上表面向下均凹设一水平滑动槽50111;水平螺纹杆贯穿水平滑动台 5011的两端面并通过轴承(附图未示出)与水平滑动台5011转动连接,定义2 个水平螺纹杆分别为水平螺纹杆I5012a和水平螺纹杆II5012b,水平螺纹杆 I5012a靠近升降组件200的一端连接有一水平滑动驱动电机5014,远离升降组件200的一端连接有一水平主动轮604;水平螺纹杆II5012b上设有与水平主动轮604相配合的水平从动轮605,水平主动轮604和水平主动轮604通过第一传动带606连接;滑台连接件5013均外凸一水平滑动块50131,其中一个水平滑动块50131螺纹连接水平螺纹杆I5012a,另一个水平滑动块50131螺纹连接水平螺纹杆II5012b。
使用时,水平滑动驱动电机5014驱动水平螺纹杆I5012a进行转动,由于水平滑动块50131螺纹连接水平螺纹杆I5012a,且水平滑动块50131置于水平滑动槽50111内(该部分可以从附图1和附图2中明显看出),这样水平螺纹杆 I5012a的传送就会带动水平滑动块50131沿该处的水平滑动槽50111进行滑动,水平滑动块50131与滑台连接件5013连接,这样水平滑动块50131就会带动滑台连接件5013一并运动,进而实现水平螺纹杆I5012a驱动该处的滑台连接件5013沿水平滑动台5011进行滑动;同时水平螺纹杆I5012a通过水平主动轮604、水平主动轮604和第一传动带606的一系列传动实现水平螺纹杆II5012b的同步转动,同理水平螺纹杆II5012b的转动可以驱动水平螺纹杆II5012b处的滑台连接件5013沿水平滑动台5011进行滑动,通过以上实现的滑动时了水平螺纹杆驱动滑台连接件5013沿水平滑动台5011的滑动。
竖向滑动组件502包括竖向滑动台5021、竖向螺纹杆和分度盘连接座5023,竖向滑动台5021对称设置且分别与一个滑台连接件5013连接,由于水平螺纹杆驱动滑台连接件5013沿水平滑动台5011的滑动,滑台连接件5013又与竖向滑动台5021连接,这样就实现了竖向滑动台5021沿水平滑动台5011的滑动; 2个竖向滑动台5021相对的面上分别凹设一竖向滑动槽50211;竖向螺纹杆贯穿竖向滑动台5021的两端面并通过轴承(附图未示出)与竖向滑动台5021转动连接,定义2个竖向螺纹杆分别为竖向螺纹杆I5022a和竖向螺纹杆II5022b,竖向螺纹杆I5022a的顶端连接有一竖向滑动驱动电机5024,竖向螺纹杆I5022a的底端连接有一竖向主动轮607;竖向螺纹杆II5022b上设有与竖向主动轮607 相配合的竖向从动轮608,竖向从动轮608和竖向主动轮607通过第二传动带 609连接;分度盘连接座5023均外凸一与竖向滑动槽50211滑动配合的竖向滑动块50231,其中一个竖向滑动块50231螺纹连接竖向螺纹杆I5022a,另一个竖向滑动块50231螺纹连接竖向螺纹杆II5022b。竖向螺纹杆驱动采集设备组件400 沿的竖向滑动台5021上下滑动的原理与水平螺纹杆驱动滑台连接件5013沿水平滑动台5011滑动的原理相同。
另外在本实施例中,文物三维信息采集装置还包括光源组件,光源组件包括灯板801和灯802,灯板801设置在矩形框架100的侧面和顶面,灯802设置在采集设备支撑横梁401的下面并朝向载物平台301。采集设备组件400还包括第二数码相机900,第二数码相机900设置在采集设备支撑横梁401上。
在本实施例中,升降驱动电机2017、载物平台回转电机302、双向电机408、水平滑动驱动电机5014和竖向滑动驱动电机5024均采用伺服电机。不难理解的是,以上各个电机可以通过对应的开关分别控制以便进行调整。当然配合现有技术中的上位机、PLC控制也可以实现对以上各个伺服电机的控制,使用上位机和PLC控制器时,上位机连接PLC,PLC连接各个伺服电机。
本实用新型通过设置升降组件200和载物组件300可以对文物文物空间和纹理数据进行全方面多角度的进行采集;通过设置采集设备滑动组件可以方便采集设备组件400对文物进行对焦,使采集的文物色彩、纹路和细节等数据更加精准,通过设置灯光组件用于辅助提高采集文物色彩、纹路和细节等数据的精准度;通过以上设置可以实现高分辨率和高精确度的文物三维重建,使文物三维重建模型更贴近实物,色彩纹理更为准确。
需要说明的是本实用新型的文物三维信息采集装置不仅可以对文物进行重建,可以其他的物品进行重建。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。