本發明屬于文物保護，具體涉及一種文物三維數字化中的色彩還原方法及裝置。

背景技術：

1、文物是指人類在社會歷史發展進程中形成的，由人類創造和制作或因人類活動而留有印跡的一切有價值的物質性遺存的總稱，其具有歷史、藝術和科學價值，是人類社會活動的記錄和見證。

2、文物由于年代久遠以及受到自然侵蝕等因素影響會褪色變暗，為了更真實的留存和保護文物信息，文物數字化色彩還原顯得尤為重要。

3、目前的文物數字化色彩還原方法一般為三維激光掃描獲取點云數據構建三維模型進行文物的留存和保護，該種方法難以捕捉到文物表面細微的色彩變化，往往無法準確還原文物的原始色彩，尤其是在文物表面色彩因時間和環境等因素發生的變化，導致數字化文物在色彩上與原物存在較大差異。

4、鑒于此，設計一種文物三維數字化中的色彩還原方法及裝置，以解決上述問題。

技術實現思路

1、為解決上述背景技術中提出的問題。本發明提供了一種文物三維數字化中的色彩還原方法及裝置，具有可以準確地還原文物本身色彩和紋理的特點。

2、本發明的另一目的是提供一種文物三維數字化中的色彩還原裝置。

3、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種文物三維數字化中的色彩還原方法，包括以下步驟：

4、s1：通過三維激光掃描設備采集文物的三維點云數據；

5、s2：針對采集的文物三維點云數據進行預處理；

6、s3：基于自適應局部表面變化因子提取預處理后的文物三維點云數據的特征點，通過fpfh算法對提取的特征點進行描述，通過隨機抽樣一致性算法對文物三維點云數據進行粗配準，通過icp算法對文物三維點云數據進行精配準，通過多尺度變換算法從粗到細逐步融合文物三維點云數據并轉換為三角網格曲面模型，優化三角網格曲面模型，獲取文物三維模型；

7、s4：通過高光譜成像儀采集文物的高光譜成像數據；

8、s5：針對采集的高光譜成像數據進行預處理；

9、s6：將預處理后的高光譜成像數據紋理映射至構建的文物三維模型上并進行可視化展示。

10、進一步的，所述步驟s3中，基于自適應局部表面變化因子提取預處理后的文物三維點云數據的特征點的具體步驟包括：

11、假設文物三維點云數據的任一點pi領域的協方差矩陣c表達式為：

12、

13、式中：k表示為文物三維點云數據的總點數，pij表示為點云的坐標向量，

14、表示為點云的質心，表示為遞減函數，r表示為點pi領域半徑；

15、基于協方差矩陣c求得特征值λ1、λ2和λ3；

16、假設λ1<λ2<λ3，則點pi鄰域內表面的變化因子σ(pi)的表達式為：

17、

18、式中：λ1、λ2和λ3表示為特征值；

19、選取合理的閾值ε，保留σ(pi)>ε的特征點，即為提取的特征點，其中，閾值ε的表達式為：

20、

21、式中：k表示為文物三維點云數據的總點數，σ(pi)表示為點pi鄰域內表面的變化因子。

22、進一步的，所述步驟s6中，預處理后的高光譜成像數據紋理映射至構建的文物三維模型上的具體步驟包括：

23、通過重心坐標法，為文物三維模型中的各頂點分配對應的紋理坐標；

24、通過sift算法，基于各頂點分配的紋理坐標將多張紋理圖像拼接成完整的紋理貼圖；

25、通過顏色空間轉換算法對拼接后的紋理圖像進行顏色校正；

26、通過雙邊濾波圖像處理算法，對拼接后的紋理圖像進行濾波去噪，提高紋理圖像平滑度，同時保留其邊緣特征，實現文物表面細節表達最優化。

27、進一步的，所述步驟s6中，通過重心坐標法，為文物三維模型中的各頂點分配對應的紋理坐標的具體步驟包括：

28、假設頂點a、b和c對應的紋理坐標為(ua,va)、(ub,vb)和(uc,vc)；

29、對于三角形內任意點p，其重心坐標為(α,β,γ)，計算表達式為：

30、

31、式中：area(pbc)表示為三角形pbc面積，area(pca)表示為三角形pca面積，area(pab)表示為三角形pab面積，area(abc)表示為三角形abc面積，可通過向量叉乘計算；

32、則點p的紋理坐標(up,vp)可通過插值得到，表達式為：

33、up＝αua+βub+γuc

34、vp＝αva+βv+γvc

35、式中：(α,β,γ)表示為點p中心坐標，(ua,va)、(ub,vb)和(uc,vc)表示為頂點a、b和c的紋理坐標；

36、通過拉普拉斯參數化優化紋理坐標分布，即得頂點紋理坐標。

37、進一步的，所述步驟s6中，通過sift算法基于各頂點分配的紋理坐標將多張紋理圖像拼接成完整的紋理貼圖的具體步驟包括：

38、通過sift算法檢測每張紋理圖像的關鍵特征點，并計算其特征描述子；

39、通過比較不同圖像間特征點描述子，尋找匹配的特征點對；

40、通過隨機抽樣一致性算法基于匹配的特征點對，計算單應性矩陣；

41、通過單應性矩陣，將所有紋理圖像變換到共同坐標系中，基于紋理坐標完成多張紋理圖像的拼接和融合。

42、進一步的，所述步驟s6中，雙邊濾波圖像處理算法的表達式為：

43、

44、式中：wp表示為歸一化因子，ω表示為以像素x為中心的鄰域,表示為空間高斯函數，表示為范圍高斯函數，i(x)表示為像素x的灰度值。

45、所述的一種文物三維數字化中的色彩還原裝置，包括：

46、點云數據采集模塊，通過三維激光掃描設備采集文物的三維點云數據；

47、點云數據預處理模塊，針對采集的文物三維點云數據進行預處理；

48、文物三維模型構建模塊，基于自適應局部表面變化因子提取預處理后的文物三維點云數據的特征點，通過fpfh算法對提取的特征點進行描述，通過隨機抽樣一致性算法對文物三維點云數據進行粗配準，通過icp算法對文物三維點云數據進行精配準，通過多尺度變換算法從粗到細逐步融合文物三維點云數據并轉換為三角網格曲面模型，優化三角網格曲面模型，獲取文物三維模型；

49、高光譜成像數據采集模塊，通過高光譜成像儀采集文物的高光譜成像數據；

50、高光譜成像數據預處理模塊，針對采集的高光譜成像數據進行預處理；

51、紋理映射模塊，將預處理后的高光譜成像數據紋理映射至構建的文物三維模型上；

52、模型展示模塊，將映射有文物紋理的三維模型輸出至平臺進行可視化展示。

53、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

54、本發明基于三維激光掃描設備獲取文物三維點云數據，基于文物三維點云數據構建文物三維模型，基于高光譜成像儀獲取文物高光譜成像數據，將文物高光譜成像數據紋理映射至文物三維模型上進行可視化展示，較現有技術而言，可以準確地還原文物本身色彩和紋理。