專利名稱：基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的考古器物制圖與分類方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對考古器物進(jìn)行制圖與分類的方法，特別涉及一種利用數(shù)字?jǐn)z影測量 技術(shù)來量測器物特征尺寸的方法。
背景技術(shù)：
考古器物的形制是進(jìn)行器物形態(tài)學(xué)研究的重要依據(jù)，其變化是有規(guī)律可尋的，是 人們依據(jù)自己的需要而創(chuàng)造的，雖然存在差異，但是因?yàn)槿藗冃枨蟮囊恢滦远憩F(xiàn)出來的 共性卻是主要方面，在一個時期內(nèi)制造的器物，它們的形制相對比較穩(wěn)定并具有共同的特 點(diǎn)。不同的文化之間，則因創(chuàng)造這些文化的人們的生產(chǎn)方式、生活方式有別，器物在形制方 面必然有所不同。為了從差異和變化中探求規(guī)律性的東西，需要對出土物形制進(jìn)行排比研 究，一方面在橫向上顧及共存的器物群中有關(guān)特征的一致性，另一方面在縱向上也要在同 類器物中找到相應(yīng)變化的一致性。這正是利用器物形制進(jìn)行考古學(xué)文化研究的原因所在， 而繪制器物圖正是器物形態(tài)展示的重要手段。器物繪圖是田野考古室內(nèi)整理的重要工作內(nèi)容。繪圖過程的實(shí)質(zhì)是通過在頭腦中 得到的影像(理解過程)，通過描繪把影像準(zhǔn)確的再現(xiàn)出來(表達(dá)過程)。目前主要還是基 于手工量測，手工繪圖，效率不高，精度較低。現(xiàn)有的相關(guān)研究注重視覺的表達(dá)，沒有真實(shí)數(shù) 據(jù)的再現(xiàn)，是不可量測的。數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)是數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中不可或缺的組成部分，通過對影像的分 析、處理和解譯，確定被攝物體的形狀、大小和空間位置。根據(jù)器物繪圖按正投影繪制的原 理，表現(xiàn)的內(nèi)容主要有形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決目前考古器物的分類排序還是基于手工量測和人工判定、 無法快速和大批量處理考古器物的分類研究的局限性，實(shí)現(xiàn)一種基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)進(jìn) 行器物量測方法，由于考古器物制圖主要是基于正投影繪制正視圖，因此數(shù)字?jǐn)z影測量在 此要解決的技術(shù)問題就是對原始數(shù)字影像進(jìn)行幾何糾正，得到正射影像，然后數(shù)字化成圖。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的考古器物 制圖與分類方法，主要包括以下四個步驟(a)器物物方控制點(diǎn)的坐標(biāo)獲取，分為器物物方控制點(diǎn)的布設(shè)，包括控制點(diǎn)的位 置選取和標(biāo)識的樣式；控制點(diǎn)間相對長度的量?。晃锓阶鴺?biāo)的設(shè)置，包括原點(diǎn)設(shè)置和在物 方坐標(biāo)系下的相對坐標(biāo)的確定等；(b)器物像方坐標(biāo)到物方的幾何糾正，包括屏幕坐標(biāo)系下，器物數(shù)字影像在步驟 (a)下的物方控制點(diǎn)對應(yīng)的屏幕坐標(biāo)獲?。换谥苯泳€性變換方法解算物方相對坐標(biāo)系與 像方坐標(biāo)間的映射關(guān)系；基于以上的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)整個器物影像從物方到像方的坐標(biāo)變換 和重采樣，即從中心投影影像到正射影像的生成；(c)基于糾正后正射器物影像的數(shù)字化對步驟(b)所獲得的器物正射影像按器物的形制特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，包括外輪廓和內(nèi)輪廓，并量取關(guān)鍵的形制尺寸自動保存到數(shù)據(jù) 庫；(d)基于數(shù)字化器物圖及相關(guān)屬性信息對器物進(jìn)行分類由步驟(C)中獲得的形 制數(shù)據(jù)，按照考古器物分類研究對器物形制的量化指標(biāo)，設(shè)計單一指標(biāo)和復(fù)合指標(biāo)，由計算 機(jī)輔助對器物形態(tài)進(jìn)行分類。本發(fā)明基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)，將普通數(shù)碼相機(jī)拍攝的器物影像，在物方坐標(biāo)控 制下糾正得到正射影像，再通過對考古器物制圖的數(shù)字化處理，可以實(shí)現(xiàn)器物特征尺寸的 三維量測。本發(fā)明的方法便于器物的量測和分類，并能夠減輕考古工作者的作業(yè)強(qiáng)度，提高 工作效率。


圖1是本發(fā)明方法的步驟流程圖。圖2是本發(fā)明方法中影像幾何糾正重采樣示意圖。圖3是本發(fā)明方法中影像幾何糾正的步驟流程圖。圖4左圖是本發(fā)明實(shí)施例建立的物方控制坐標(biāo)系——量測相對坐標(biāo)系，右圖是以 某一器物示意圖為例的量測方法示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的像平面坐標(biāo)系——屏幕坐標(biāo)系。圖6是本發(fā)明實(shí)施例的生成的正射器物圖。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖和實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。正射制圖原理由數(shù)字?jǐn)z影測量的理論可知，一般相機(jī)的成像是基于中心投影的， 如果能確定投影中心、成像面(像片)與實(shí)際物體三者的關(guān)系，即三者所在光線的方程，則 像片上任意一點(diǎn)的對應(yīng)空間位置就能確定。而本發(fā)明中采用的普通數(shù)碼相機(jī)是非量測相 機(jī)，其內(nèi)外方位元素和系統(tǒng)參數(shù)等11個參數(shù)都是未知的，因此采用直接線性變換(Direct Linear Transform,以下簡稱DLT)算法，無需內(nèi)方位元素和外方位元素的初始近似值，避開
這些參數(shù)的求解過程，直接進(jìn)行像方坐標(biāo)到物方三維坐標(biāo)的解算。DLT算法的基本模型如式 ⑴
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的考古器物制圖與分類方法，其特征在于包括以下四個步驟(a)器物物方控制點(diǎn)的坐標(biāo)獲取，分為器物物方控制點(diǎn)的布設(shè)，包括控制點(diǎn)的位置選 取和標(biāo)識的樣式；控制點(diǎn)間相對長度的量??；物方坐標(biāo)的設(shè)置，包括原點(diǎn)設(shè)置和在物方坐 標(biāo)系下的相對坐標(biāo)的確定等；(b)器物像方坐標(biāo)到物方的幾何糾正，包括屏幕坐標(biāo)系下，器物數(shù)字影像在步驟(a) 下的物方控制點(diǎn)對應(yīng)的屏幕坐標(biāo)獲??；基于直接線性變換方法解算物方相對坐標(biāo)系與像方 坐標(biāo)間的映射關(guān)系；基于以上的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)整個器物影像從物方到像方的坐標(biāo)變換和重 采樣，即從中心投影影像到正射影像的生成；(c)基于糾正后正射器物影像的數(shù)字化對步驟(b)所獲得的器物正射影像按器物的 形制特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，包括外輪廓和內(nèi)輪廓，并量取關(guān)鍵的形制尺寸自動保存到數(shù)據(jù)庫；(d)基于數(shù)字化器物圖及相關(guān)屬性信息對器物進(jìn)行分類由步驟(c)中獲得的形制數(shù) 據(jù)，按照考古器物分類研究對器物形制的量化指標(biāo)，設(shè)計單一指標(biāo)和復(fù)合指標(biāo)，由計算機(jī)輔 助對器物形態(tài)進(jìn)行分類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的考古器物制圖與分類方法，其特征 是步驟(b)中幾何糾正的具體步驟如下(1)根據(jù)公式·
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)進(jìn)行考古器物繪圖并分類的方法。該方法利用數(shù)碼相機(jī)獲取的原始器物的數(shù)字影像，在局部坐標(biāo)系和物方坐標(biāo)控制下，基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)糾正成正射影像，繪制數(shù)字化的可量測的器物圖，并基于此獲取器物的特征、形狀、尺寸，并和器物相關(guān)其他屬性數(shù)據(jù)依據(jù)單一或組合要素，按照一定次序，進(jìn)行器物形態(tài)的分類排比，以此實(shí)現(xiàn)輔助研究器物相對年代和演變規(guī)律?；诒景l(fā)明的方法，可實(shí)現(xiàn)考古器物制圖的數(shù)字化處理，并在滿足精度需要的基礎(chǔ)上，進(jìn)行計算機(jī)自動輔助分類排序，減輕考古工作者的作業(yè)強(qiáng)度，提高工作效率。
文檔編號G01C11/00GK102072723SQ20101054378
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者楊林, 裴安平, 閭國年 申請人:南京師范大學(xué)