[发明专利]一种文物法向图的扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种文物法向图的扫描方法。 

背景技术

法向图的每个像素保存的是对应物体表面采样点的法向量，而一般的彩色图保存的对应物体表面采样点的颜色信息。法向图比一般的彩色图像具有更多的细节信息，可以表现出文物表面细微的深度变化(如划痕等)，可以应用在考古和文物领域，对鉴定和分析文物具有帮助作用。 

已经有一些相关的法向图获取方法，主要的方法和应用分为以下几类：(1)利用三维深度扫描仪获取物体表面的三维信息，这种方法受到三维深度扫描仪分辨率的限制，精度不高。三维深度扫描仪的价格是普通平板扫描仪的几十倍，操作复杂。(2)利用数码相机拍摄不同光照下的多幅图像，基于光度立体技术，计算每个采样点的法向量。这种方法需要特殊的光源，数码相机的分辨率也远远地低于平板扫描仪。(3)利用平板扫描仪获取多幅图像，基于光度立体技术，计算每个采样点的法向量。这种方法通常需要改造平板扫描仪的硬件结构(例如增加多个扫描灯管)，或者需要对扫描仪用特殊的标定物进行标定，过程复杂。 

发明内容

本发明改进了基于平板扫描仪的法向图获取方法，不需要改造扫描仪的硬件结构或者设计特殊的标定物，利用普通平板扫描仪和一个夹具，就可以获得物体的法向图，操作简单，分辨率较高(与采用的平板扫描仪有关)。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种文物法向图的扫描方法，该方法的实现步骤如下： 

(1)用贴有棋盘格图像的夹具固定待扫描的文物； 

(2)把固定好带扫描文物的夹具放到平板扫描仪上，将夹具旋转0°、90°、180°、270°，得到相应的扫描图像； 

(3)根据棋盘格图像的角点把得到的扫描图像对齐； 

(4)计算扫描图像中每个像素的法向量(nx，ny，nz)，并转换为彩色(r，g，b)，保存到法向图中； 

(5)完成文物法向图的扫描。 

所述步骤(3)中，所述图像对齐的方法如下： 

a)在0°图像中，用鼠标选取棋盘格的至少两个角点； 

b)在90°图像中，用鼠标选取棋盘格的对应角点； 

c)根据对应角点的坐标，利用最小二乘法，计算90°图像的旋转和平移矩阵； 

d)把90°图像进行旋转和平移，与0°图像对齐； 

e)重复a)-d)，分别把180°、270°图像与0°图像对齐。 

所述步骤(4)中，计算法向量的方法如下： 

对每一个像素，计算其法向量(n_x，n_y，n_z)， 

n_x＝1.5(I_270°-I_90°)，n_y＝1.5(I_0°-I_180°)，n_z＝0.25(I_0°+I_180°+I_90°+I_270°)