一種基于多視角圖像視頻序列的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景采集與處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及文物數(shù)字化保護(hù)、圖像視頻采集以及三維處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多視角圖像視頻序列的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景采集與處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]文物，美學(xué)、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值巨大，是一個(gè)國(guó)家和民族歷史文化成就的重要標(biāo)志。不僅對(duì)于研究人類文明的演進(jìn)具有重要意義，而且對(duì)于展現(xiàn)世界文化的多樣性具有獨(dú)特作用，它們是人類的共同財(cái)富。文物保護(hù)的重要意義不言而喻。而且文物未開采之前一般處于穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦開采挖掘出來(lái)往往受損非常嚴(yán)重。因此文物的保護(hù)和修復(fù)刻不容緩。為了便于文物的修復(fù)研究和文物遺跡所承載的信息真實(shí)長(zhǎng)久地傳播，需要將文物進(jìn)行圖像視頻數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)和傳輸。
[0003]然而目前國(guó)內(nèi)針對(duì)室內(nèi)考古挖掘并沒(méi)有這樣一種平臺(tái)，要求可以達(dá)到不間斷、無(wú)干擾的記錄室內(nèi)考古發(fā)掘全過(guò)程的遺址現(xiàn)場(chǎng)空間信息和人員操作信息的目標(biāo)，而且還要滿足多尺度考古發(fā)掘信息全方位記錄與再現(xiàn)的需求。
[0004]室內(nèi)考古過(guò)程的視頻信息記錄并不是簡(jiǎn)單的錄像，而是要求可以實(shí)現(xiàn)從多個(gè)不同角度記錄下考古發(fā)掘過(guò)程中的精細(xì)視頻信息，然后形成完備的動(dòng)態(tài)過(guò)程回放。
[0005]考古過(guò)程中的照明對(duì)于文物的保護(hù)也是至關(guān)重要的?，F(xiàn)存的簡(jiǎn)單的光照控制并不能達(dá)到保護(hù)以及信息采集的要求，還需支持對(duì)考古發(fā)掘區(qū)域進(jìn)行均勻照明，實(shí)現(xiàn)手術(shù)燈的無(wú)影效果，并避免燈光系統(tǒng)產(chǎn)生有害的紫外線輻射。
[0006]考古過(guò)程的三維信息記錄要求可以處理任意時(shí)刻考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的彩色三維空間信息，要求處理結(jié)果可量測(cè)、可保證精度、無(wú)明顯死角。
[0007]考古過(guò)程的照片信息記錄也并不是簡(jiǎn)單的拍幾張照片，而是要求可以支持從重要視角進(jìn)行不間斷定時(shí)拍照記錄高分辨率圖像信息，用于支持重要考古遺跡信息的回溯調(diào)查研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的提供了一種基于多視角圖像視頻序列的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景采集與處理系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的基于多視角圖像視頻序列的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景采集與處理系統(tǒng)，包括機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)、采集系統(tǒng)和控制處理系統(tǒng)，其中:
[0010]采集系統(tǒng)包括安設(shè)于與所述機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上的攝像子系統(tǒng)和燈光子系統(tǒng)；
[0011]控制處理系統(tǒng)用于控制攝像子系統(tǒng)和燈光子系統(tǒng)工作，還用于接收所述采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理及展示。
[0012]所述攝像子系統(tǒng)包括多個(gè)攝像機(jī)，所有攝像機(jī)分布于所述機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上。
[0013]所述的攝像系統(tǒng)可以支持的分辨率很廣(支持的圖像分辨率介于780*582到5616*3744之間)，攝像頭數(shù)量規(guī)模龐大，所有攝像頭都均勻地分布在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的表面。，通常，所述攝像子系統(tǒng)包括32?48個(gè)攝像機(jī)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，攝像機(jī)的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的大小調(diào)整。
[0014]所述燈光子系統(tǒng)包括多個(gè)LED燈，所有LED燈分布于所述機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上。
[0015]所述的燈光系統(tǒng)是一種變光照系統(tǒng)，可以產(chǎn)生5?7種不同的環(huán)境光，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)廣場(chǎng)。所述的燈光系統(tǒng)的燈頭(本發(fā)明中采用LED燈)數(shù)量龐大，所有燈頭都均勻地分布在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的表面。通常，所述燈光子系統(tǒng)包括LED燈150?200個(gè)LED燈。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，LED燈的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的大小調(diào)整。
[0016]所述控制處理系統(tǒng)包括具有若干臺(tái)計(jì)算機(jī)的機(jī)群和將采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)同步傳輸至機(jī)群的同步控制器。
[0017]本發(fā)明中機(jī)群包括若干臺(tái)高性能的PC機(jī)，其中2?3臺(tái)配置了圖像采集卡的PC機(jī)。
[0018]本發(fā)明中控制處理系統(tǒng)包括多個(gè)子系統(tǒng):數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)、三維處理子系統(tǒng)以及展示子系統(tǒng)，其中:
[0019]數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄圖像信息，能夠采集不同分辨率的圖像、視頻而且當(dāng)圖像達(dá)到服務(wù)器端可以實(shí)現(xiàn)基本同步接收；
[0020]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于管理子系統(tǒng)支持大容量存儲(chǔ)空間及數(shù)據(jù)壓縮，擁有完善的數(shù)據(jù)備份機(jī)制(技術(shù)機(jī)制和運(yùn)行機(jī)制)而且支持不同數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)檢索速度；
[0021]展示子系統(tǒng)支持主流的三維模型格式，可以實(shí)現(xiàn)支持互動(dòng)操作的高真實(shí)感展示的效果。
[0022]三維處理子系統(tǒng)可以滿足不同用戶的不同需求，支持主流的三維靜態(tài)建模算法以及主流的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景建模算法。
[0023]本發(fā)明中機(jī)群系統(tǒng)是基于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)硬件同步方式的，各電腦終端之間不需要互連，而且傳輸速率高達(dá)12Mbps以上。
[0024]作為優(yōu)選，所述機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)包括穹頂形的網(wǎng)狀鋼架，以及支撐在網(wǎng)狀鋼架底部的鋼柱，即形成一種穹窿型的鋼架支撐結(jié)構(gòu)。
[0025]所述網(wǎng)狀鋼架沿豎直方向連續(xù)分層，每層包括若干個(gè)網(wǎng)格。網(wǎng)狀鋼架為球冠狀，其所在球面的半徑為網(wǎng)狀鋼架高度的3?5倍。
[0026]機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的大小根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)定，總高度為8?12米(即穹頂最高點(diǎn)到水平面的距離)，其中，網(wǎng)狀鋼架沿豎直方向在水平面上的投影半徑為其高度的3?5倍，通常其半徑通常為5?7米。
[0027]作為優(yōu)選，所述網(wǎng)格為三角形。由于網(wǎng)狀鋼架為球冠狀，因此，網(wǎng)格實(shí)際上為類三角形，其中有一條邊為弧形。
[0028]攝像系統(tǒng)中的攝像機(jī)和燈光系統(tǒng)中的LED燈均勻地分布在穹窿型網(wǎng)狀鋼架構(gòu)的表面上，且攝像機(jī)和LED燈能夠在機(jī)群子系統(tǒng)的控制下沿穹隆網(wǎng)狀形表面準(zhǔn)確地調(diào)整攝像頭位置和燈頭位置。
[0029]本發(fā)明的基于多視角圖像視頻序列的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景采集與處理系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)第一個(gè)、也是唯一一個(gè)考古發(fā)掘過(guò)程全方位信息記錄環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)考古發(fā)掘過(guò)程的全息記錄與重現(xiàn)；并可支持考古發(fā)掘過(guò)程信息記錄多種關(guān)鍵技術(shù)的研究，能夠?qū)崿F(xiàn):
[0030]對(duì)考古過(guò)程的視頻信息記錄:從多個(gè)不同角度記錄下考古發(fā)掘過(guò)程中的精細(xì)視頻信息，可形成完備的動(dòng)態(tài)過(guò)程回放。
[0031]對(duì)考古過(guò)程的照片信息記錄:支持從重要視角進(jìn)行不間斷定時(shí)拍照記錄高分辨率圖像信息，用于支持重要考古遺跡信息的回溯調(diào)查研究。
[0032]對(duì)考古過(guò)程的三維信息記錄:可以處理任意時(shí)刻考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的彩色三維空間信息，要求處理結(jié)果可量測(cè)、可保證精度、無(wú)明顯死角。
[0033]考古過(guò)程中的均勻無(wú)影無(wú)害照明:需支持對(duì)考古發(fā)掘區(qū)域進(jìn)行均勻照明，實(shí)現(xiàn)手術(shù)燈的無(wú)影效果，并避免燈光系統(tǒng)產(chǎn)生有害的紫外線輻射。
【具體實(shí)