一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法及系统

摘要

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法及系统，所述方法包括：连续采集多帧包含陶瓷艺术品的深度图像，以对所述陶瓷艺术品进行全景采集，根据每帧所述深度图像中的陶瓷艺术品区域生成所述陶瓷艺术品的预处理图像；对所述陶瓷艺术品的预处理图像进行三维重建，得到所述陶瓷艺术品的三维图像，本发明提供的陶瓷艺术品三维图像重建方法成本低廉，适用广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法及系统。

背景技术

三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础,也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

陶瓷艺术品具有珍贵的收藏价值和良好的观赏性，为便于更广泛的推广和交流，对陶瓷艺术品进行三维图像重建十分必要。现有的三维图像重建方法采用X射线对该陶瓷艺术品扫描结束后，根据扫描图像重建包含该陶瓷艺术品内部结构特征的三维影像，需要昂贵的探测仪器，导致成本高昂，不便于推广使用。

因此，有必要提供一种成本低廉，适用广泛的途径，以对陶瓷艺术品进行三维图像重建。

发明内容

本发明提供一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法，所述方法包括以下步骤：

连续采集多帧包含陶瓷艺术品的深度图像，以对所述陶瓷艺术品进行全景采集，其中，每帧所述深度图像的大小相同；

根据每帧所述深度图像中的陶瓷艺术品区域生成所述陶瓷艺术品的预处理图像；

对所述陶瓷艺术品的预处理图像进行三维重建，得到所述陶瓷艺术品的三维图像。

进一步，所述连续采集多帧包含陶瓷艺术品的深度图像，以对所述陶瓷艺术品进行全景采集，包括：

将所述陶瓷艺术品固定设置于旋转台上，所述旋转台可水平旋转360度；

控制所述旋转台以设定的旋转速度进行旋转，以带动所述陶瓷艺术品进行旋转；

采用红外双目摄像头对所述陶瓷艺术品进行图像采集，得到多帧包含所述陶瓷艺术品的深度图像，相邻两帧深度图像中的陶瓷艺术品区域的边沿重合。

进一步，所述设定的旋转速度根据红外双目摄像头的图像采集周期和所述深度图像中的陶瓷艺术品区域的大小确定，以使红外双目摄像头采集的相邻两帧深度图像具有重合的边沿。

进一步，所述根据每帧所述深度图像中的陶瓷艺术品区域生成所述陶瓷艺术品的预处理图像，包括：

采用图像分割算法将所述深度图像中的陶瓷艺术品的图像区域进行分割，提取出陶瓷艺术品的图像区域；

保持所述深度图像的大小不变，将所述陶瓷艺术品的图像区域逐步放大，并遮挡所述深度图像中的背景区域；

实时计算所述陶瓷艺术品的图像区域在所述预处理图像中的占比，当所述占比达到设定阈值时，停止对所述陶瓷艺术品的图像区域的放大，将生成的图像作为预处理图像；

将相邻两帧预处理图像中的背景区域进行删除，将相邻两帧陶瓷艺术品的图像区域的重合边沿进行连接，得到多帧首尾连接的图像，作为所述陶瓷艺术品的预处理图像。

进一步，所述对所述陶瓷艺术品的预处理图像进行三维重建，得到所述陶瓷艺术品的三维图像，包括：

对所述预处理图像进行滤波处理，得到滤波图像；

利用SIFT算法提取所述滤波图像中关键点的特征向量；

利用所述关键点的特征向量对所述滤波图像进行稀疏特征点云重建，基于PMVS建模算法对所述滤波图像进行稠密特征点云，并对所述滤波图像进行纹理映射操作，生成所述陶瓷艺术品的三维图像。

一种陶瓷艺术品的三维图像重建系统，所述系统包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述任一项所述的陶瓷艺术品的三维图像重建方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有陶瓷艺术品的三维图像重建程序，所述陶瓷艺术品的三维图像重建程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的陶瓷艺术品的三维图像重建方法的步骤。

本发明的有益效果是：本发明公开一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法及系统，本发明通过常规的图像采集途径连续采集多帧包含陶瓷艺术品的深度图像，以对所述陶瓷艺术品进行全景采集，接着根据每帧所述深度图像中的陶瓷艺术品区域生成所述陶瓷艺术品的预处理图像；通过对所述陶瓷艺术品的预处理图像进行三维重建，得到所述陶瓷艺术品的三维图像。本发明无需借助昂贵的仪器设备即可方便的采集图像，通过软件处理方法即可重建陶瓷艺术品三维图像，具有成本低廉，适用广泛的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中陶瓷艺术品的三维图像重建方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中采用红外双目摄像头对所述陶瓷艺术品进行图像采集的现场示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本申请的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1，如图1所示为本申请实施例提供的一种陶瓷艺术品的三维图像重建方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S100、连续采集多帧包含陶瓷艺术品的深度图像，以对所述陶瓷艺术品进行全景采集，其中，每帧所述深度图像的大小相同；

步骤S200、根据每帧所述深度图像中的陶瓷艺术品区域生成所述陶瓷艺术品的预处理图像；

步骤S300、对所述陶瓷艺术品的预处理图像进行三维重建，得到所述陶瓷艺术品的三维图像。

参考图2，在一个优选的实施例中，所述步骤S100包括：

步骤S110、将所述陶瓷艺术品固定设置于旋转台上，所述旋转台可水平旋转360度。

步骤S120、控制所述旋转台以设定的旋转速度进行旋转，以带动所述陶瓷艺术品进行旋转；

步骤S130、采用红外双目摄像头对所述陶瓷艺术品进行图像采集，得到多帧包含所述陶瓷艺术品的深度图像，相邻两帧深度图像中的陶瓷艺术品区域的边沿重合。

具体地，在所述陶瓷艺术品旋转时，红外双目摄像头以一定的角度向所述陶瓷艺术品的外表面投射红外线，红外线被所述陶瓷艺术品的外表面反射，红外双目摄像头捕获反射回来的红外线，随着陶瓷艺术品的旋转，红外双目摄像头捕获的红外线产生相应的偏移值，根据三角测距法测量红外线发射角度、偏移值、中心矩值、以及红外双目摄像头的位置关系，从而计算得到所述红外双目摄像头到所述陶瓷艺术品的距离，从而生成深度信息。由于任意相邻两帧深度图像的边沿重合，全部深度图像可形成一幅连续帧图像，从而对所述陶瓷艺术品进行全景采集。

在一个优选的实施例中，所述设定的旋转速度根据红外双目摄像头的图像采集周期和所述深度图像中的陶瓷艺术品区域的大小确定，以使红外双目摄像头采集的相邻两帧深度图像具有重合的边沿。

具体的，将旋转台的旋转中心作为圆心，所述红外双目摄像头处于圆的边长线上，将旋转台的旋转中心到所述红外双目摄像头的距离作为半径，将所述深度图像的宽度作为弧长，从而确定所述设定的旋转速度。

在一个优选的实施例中，所述步骤S200包括：

步骤S210、采用图像分割算法将所述深度图像中的陶瓷艺术品的图像区域进行分割，提取出陶瓷艺术品的图像区域；

其中，所述图像分割算法为以下算法其中之一：均值迭代分割算法、区域生长算法、最大类间方差分割算法(OTUS)、分水岭算法、边缘分割算法以及最大熵分割算法；

步骤S220、保持所述深度图像的大小不变，将所述陶瓷艺术品的图像区域逐步放大，并遮挡所述深度图像中的背景区域；

步骤S230、实时计算所述陶瓷艺术品的图像区域在所述预处理图像中的占比，当所述占比达到设定阈值时，停止对所述陶瓷艺术品的图像区域的放大，将生成的图像作为预处理图像；在一个实施例中，所述设定阈值的大小为80％至96％。

步骤S240、将相邻两帧预处理图像中的背景区域进行删除，将相邻两帧陶瓷艺术品的图像区域的重合边沿进行连接，得到多帧首尾连接的图像，作为所述陶瓷艺术品的预处理图像。

在一个优选的实施例中，所述步骤S300包括：

对所述预处理图像进行滤波处理，得到滤波图像；

利用SIFT算法提取所述滤波图像中关键点的特征向量；

利用所述关键点的特征向量对所述滤波图像进行稀疏特征点云重建，基于PMVS建模算法对所述滤波图像进行稠密特征点云(即对所述陶瓷艺术品进行曲面重建)，并对所述滤波图像进行纹理映射操作，生成所述陶瓷艺术品的三维图像。

与图1的方法相对应，本发明实施例还提供一种陶瓷艺术品的三维图像重建系统，所述系统包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述任一实施例所述的陶瓷艺术品的三维图像重建方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

与图1的方法相对应，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有陶瓷艺术品的三维图像重建程序，所述陶瓷艺术品的三维图像重建程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的陶瓷艺术品的三维图像重建方法的步骤。

所述处理器可以是中央处理单元(Central-Processing-Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital-Signal-Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific-Integrated-Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable-Gate-Arr ay，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述陶瓷艺术品的三维图像重建系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个陶瓷艺术品的三维图像重建系统可运行装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述陶瓷艺术品的三维图像重建系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart-Media-Card，SMC)，安全数字(Secure-Digital，SD)卡，闪存卡(Flash-Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

尽管本申请的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本申请的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本申请进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本申请的非实质性改动仍可代表本申请的等效改动。