一種基于多視角圖像視頻序列的三維動態場景采集與處理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及文物數字化保護、圖像視頻采集以及三維處理領域，尤其涉及一種基于多視角圖像視頻序列的三維動態場景采集與處理系統。
【背景技術】
[0002]文物，美學、藝術、科學價值巨大，是一個國家和民族歷史文化成就的重要標志。不僅對于研究人類文明的演進具有重要意義，而且對于展現世界文化的多樣性具有獨特作用，它們是人類的共同財富。文物保護的重要意義不言而喻。而且文物未開采之前一般處于穩定的狀態，一旦開采挖掘出來往往受損非常嚴重。因此文物的保護和修復刻不容緩。為了便于文物的修復研究和文物遺跡所承載的信息真實長久地傳播，需要將文物進行圖像視頻數據的采集，存儲和傳輸。
[0003]然而目前國內針對室內考古挖掘并沒有這樣一種平臺，要求可以達到不間斷、無干擾的記錄室內考古發掘全過程的遺址現場空間信息和人員操作信息的目標，而且還要滿足多尺度考古發掘信息全方位記錄與再現的需求。
[0004]室內考古過程的視頻信息記錄并不是簡單的錄像，而是要求可以實現從多個不同角度記錄下考古發掘過程中的精細視頻信息，然后形成完備的動態過程回放。
[0005]考古過程中的照明對于文物的保護也是至關重要的。現存的簡單的光照控制并不能達到保護以及信息采集的要求，還需支持對考古發掘區域進行均勻照明，實現手術燈的無影效果，并避免燈光系統產生有害的紫外線輻射。
[0006]考古過程的三維信息記錄要求可以處理任意時刻考古發掘現場的彩色三維空間信息，要求處理結果可量測、可保證精度、無明顯死角。
[0007]考古過程的照片信息記錄也并不是簡單的拍幾張照片，而是要求可以支持從重要視角進行不間斷定時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查研究。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明的提供了一種基于多視角圖像視頻序列的三維動態場景采集與處理系統。
[0009]本發明的基于多視角圖像視頻序列的三維動態場景采集與處理系統，包括機械支撐結構、采集系統和控制處理系統，其中:
[0010]采集系統包括安設于與所述機械支撐結構上的攝像子系統和燈光子系統；
[0011]控制處理系統用于控制攝像子系統和燈光子系統工作，還用于接收所述采集系統采集到的數據，并對接收到的數據進行數據存儲、管理及展示。
[0012]所述攝像子系統包括多個攝像機，所有攝像機分布于所述機械支撐結構上。
[0013]所述的攝像系統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)，攝像頭數量規模龐大，所有攝像頭都均勻地分布在機械支撐結構的表面。，通常，所述攝像子系統包括32?48個攝像機。實際應用時，攝像機的數量可根據實際應用場景的大小調整。
[0014]所述燈光子系統包括多個LED燈，所有LED燈分布于所述機械支撐結構上。
[0015]所述的燈光系統是一種變光照系統，可以產生5?7種不同的環境光，形成一個動態廣場。所述的燈光系統的燈頭(本發明中采用LED燈)數量龐大，所有燈頭都均勻地分布在機械支撐結構系統的表面。通常，所述燈光子系統包括LED燈150?200個LED燈。實際應用時，LED燈的數量可根據實際應用場景的大小調整。
[0016]所述控制處理系統包括具有若干臺計算機的機群和將采集系統采集到的數據同步傳輸至機群的同步控制器。
[0017]本發明中機群包括若干臺高性能的PC機，其中2?3臺配置了圖像采集卡的PC機。
[0018]本發明中控制處理系統包括多個子系統:數據接收子系統、數據存儲與管理子系統、三維處理子系統以及展示子系統，其中:
[0019]數據接收子系統能夠實時記錄圖像信息，能夠采集不同分辨率的圖像、視頻而且當圖像達到服務器端可以實現基本同步接收；
[0020]數據存儲于管理子系統支持大容量存儲空間及數據壓縮，擁有完善的數據備份機制(技術機制和運行機制)而且支持不同數據類型存儲，可以實現快速數據檢索速度；
[0021]展示子系統支持主流的三維模型格式，可以實現支持互動操作的高真實感展示的效果。
[0022]三維處理子系統可以滿足不同用戶的不同需求，支持主流的三維靜態建模算法以及主流的三維動態場景建模算法。
[0023]本發明中機群系統是基于星型網絡結構硬件同步方式的，各電腦終端之間不需要互連，而且傳輸速率高達12Mbps以上。
[0024]作為優選，所述機械支撐結構包括穹頂形的網狀鋼架，以及支撐在網狀鋼架底部的鋼柱，即形成一種穹窿型的鋼架支撐結構。
[0025]所述網狀鋼架沿豎直方向連續分層，每層包括若干個網格。網狀鋼架為球冠狀，其所在球面的半徑為網狀鋼架高度的3?5倍。
[0026]機械支撐結構的大小根據實際應用場景設定，總高度為8?12米(即穹頂最高點到水平面的距離)，其中，網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]作為優選，所述網格為三角形。由于網狀鋼架為球冠狀，因此，網格實際上為類三角形，其中有一條邊為弧形。
[0028]攝像系統中的攝像機和燈光系統中的LED燈均勻地分布在穹窿型網狀鋼架構的表面上，且攝像機和LED燈能夠在機群子系統的控制下沿穹隆網狀形表面準確地調整攝像頭位置和燈頭位置。
[0029]本發明的基于多視角圖像視頻序列的三維動態場景采集與處理系統是國內第一個、也是唯一一個考古發掘過程全方位信息記錄環境，可實現考古發掘過程的全息記錄與重現；并可支持考古發掘過程信息記錄多種關鍵技術的研究，能夠實現:
[0030]對考古過程的視頻信息記錄:從多個不同角度記錄下考古發掘過程中的精細視頻信息，可形成完備的動態過程回放。
[0031]對考古過程的照片信息記錄:支持從重要視角進行不間斷定時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查研究。
[0032]對考古過程的三維信息記錄:可以處理任意時刻考古發掘現場的彩色三維空間信息，要求處理結果可量測、可保證精度、無明顯死角。
[0033]考古過程中的均勻無影無害照明:需支持對考古發掘區域進行均勻照明，實現手術燈的無影效果，并避免燈光系統產生有害的紫外線輻射。
【具體實