本發(fā)明涉及一種便攜非接觸式文物外形和紋理采集設(shè)備，主要用于文物器形三維結(jié)構(gòu)數(shù)字化及紋理信息采集獲取，從而進(jìn)一步地進(jìn)行古文物斷代研究、保護(hù)及數(shù)字化博物館的建立。

背景技術(shù)：

對(duì)珍貴文物進(jìn)行數(shù)字化處理，建成基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化博物館系統(tǒng)，可以較好地解決豐富的展品與有限的展覽空間、時(shí)間之間的矛盾，進(jìn)一步開拓博物館藏品保護(hù)、研究和展示的新領(lǐng)域，還可以實(shí)現(xiàn)博物館管理手段的現(xiàn)代化。由于古文物具有輪廓復(fù)雜、不宜接觸、紋理信息豐富等特點(diǎn)，因此如何迅速且準(zhǔn)確獲取古文物三維及紋理信息成為一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。其中，數(shù)字化任務(wù)主要包括外形、內(nèi)腔及紋理信息的獲取與處理。

現(xiàn)有的文物數(shù)字化方法主要有：攝影測(cè)量技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、激光三角法及工業(yè)ct技術(shù)。攝影測(cè)量技術(shù)通過采集文物圖像，再導(dǎo)入到上位機(jī)進(jìn)行特征點(diǎn)提取與匹配，最后重建得到文物的三維模型及表面紋理，因?yàn)槠渲恍枰臄z文物圖片，在上位機(jī)借助專業(yè)圖像處理軟件進(jìn)行圖片處理即可，所以具有操作簡(jiǎn)單、方便使用、重建快速等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于三維重建領(lǐng)域；三維激光掃描技術(shù)，其通過激光測(cè)距和兩軸運(yùn)動(dòng)能夠快速得到立體直觀的三維模型，且其反射光路是按發(fā)射光路返回，因此不受雜物遮擋影響，在對(duì)大范圍文物結(jié)構(gòu)、體積等方面的研究領(lǐng)域具有其他方式無可比擬的優(yōu)勢(shì)；激光三角法技術(shù)能夠快速得到平面文物的空間位置及結(jié)構(gòu)信息，對(duì)于測(cè)量小范圍對(duì)象具有較多優(yōu)勢(shì)；工業(yè)ct技術(shù)，依據(jù)輻射在被檢測(cè)文物中的減弱和吸收特性來進(jìn)行工作，最后用計(jì)算機(jī)處理及圖像重建技術(shù)來顯示出來，因此其可以對(duì)文物器形內(nèi)腔進(jìn)行測(cè)量。

以上技術(shù)各有特點(diǎn)，但是對(duì)于文物器形的數(shù)據(jù)獲取存在著如下缺陷：攝影測(cè)量技術(shù)方式，其分離出的紋理信息分辨率低、帶有成像投影畸變，得到外形點(diǎn)云往往噪聲較多，為進(jìn)行考古研究帶來了不便；三維激光掃描技術(shù)，相應(yīng)掃描設(shè)備價(jià)格昂貴，在進(jìn)行戶外工作時(shí)易受天氣環(huán)境及光線影響，而且單純的三維激光掃描技術(shù)還不能有效提取紋理色彩信息，依然需要其他設(shè)備的配合；對(duì)于激光三角法，單純激光三角法不能提取紋理色彩信息，依然需要其他設(shè)備的配合；工業(yè)ct技術(shù)設(shè)備體積龐大不便搬運(yùn)，可測(cè)量對(duì)象尺寸較小，價(jià)格昂貴，不能得到紋理信息等原因，很難應(yīng)用于文物器形外形及紋理數(shù)字化領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有對(duì)文物器形進(jìn)行三維重建中的方法的缺點(diǎn)進(jìn)行研究，提供一種便攜非接觸式文物外形和紋理采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)文物器形三維數(shù)據(jù)的快速采集、更快地獲取文物器形外形結(jié)構(gòu)和完整的紋理信息展開圖像，發(fā)明了便攜式文物三維數(shù)字化設(shè)備，可以為文物保護(hù)和斷代研究提供更加精確和全面的數(shù)字化模型。本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題有：

1.本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術(shù)采集到文物紋理信息的分辨率低、帶有成像畸變以及外形點(diǎn)云噪聲較多等缺點(diǎn)。

2.本發(fā)明需要解決外形采集和紋理信息采集的集成問題，并且實(shí)現(xiàn)外形和紋理信息采集系統(tǒng)的不可快速分離和攜帶問題。

為實(shí)現(xiàn)精確真實(shí)反應(yīng)和測(cè)量文物外形及紋理數(shù)據(jù)的上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種便攜非接觸式文物外形和紋理采集設(shè)備，包括外形采集機(jī)構(gòu)、紋理采集機(jī)構(gòu)及文物回轉(zhuǎn)控制箱。其中外形采集機(jī)構(gòu)包括3d激光掃描儀、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)及l(fā)型支架等部件；紋理采集機(jī)構(gòu)包括工業(yè)相機(jī)、緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭、鏡頭支架及鏡頭底板等；控制箱體中包含了伺服旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、控制導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器和連接板等部件。外形采集機(jī)構(gòu)和紋理采集機(jī)構(gòu)通過模塊化結(jié)構(gòu)和箱體連接，固定于控制箱體一側(cè)。該設(shè)備主要用于文物器形三維結(jié)構(gòu)數(shù)字化及紋理信息采集獲取，文物放置于控制箱體的轉(zhuǎn)臺(tái)上，在距離轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)軸一定距離處放置外形采集機(jī)構(gòu)和紋理采集機(jī)構(gòu)。通過控制箱體中的外部連接板與外形及紋理采集機(jī)構(gòu)的l型支架連接來完成兩部分的固定裝配。外形采集機(jī)構(gòu)基于激光三角法的側(cè)頭完成外形點(diǎn)云的采集，結(jié)合得到的距離值及轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過角度值，完成極坐標(biāo)系向直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，得到回轉(zhuǎn)體點(diǎn)云；而紋理采集機(jī)構(gòu)采用高分辨率的工業(yè)相機(jī)和緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭的配合，通過平行投影完成對(duì)紋理的無畸變采集，取圖像中間有限列像素，放置于新的大圖中，如此往復(fù)完成對(duì)一圈圖像采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)紋理數(shù)據(jù)的采集。

所述的外形掃描機(jī)構(gòu)，包括連接板、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)、掃描儀連接板、3d掃描儀依次安裝在直線導(dǎo)軌組成，直線導(dǎo)軌再固定在l型支架上，l型支架前端留有定位銷孔，以便與控制箱體右側(cè)外部連接板對(duì)接。當(dāng)需要測(cè)量文物底部點(diǎn)云時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)來使3d掃描儀轉(zhuǎn)過90°，從而測(cè)量底部點(diǎn)云。掃描儀連接板起到連接3d掃描儀和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的作用。掃描儀基于激光三角法完成對(duì)外形平鋪點(diǎn)云的采集，由得到點(diǎn)云的z值可得到回轉(zhuǎn)體在該點(diǎn)的半徑值，結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過的角度α，即可實(shí)現(xiàn)在軟件底層點(diǎn)云的極坐標(biāo)系向直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，得到所需回轉(zhuǎn)體點(diǎn)云，此時(shí)軟件自動(dòng)將新點(diǎn)云存儲(chǔ)在上位機(jī)指定路徑。

所述的紋理采集機(jī)構(gòu)，由工業(yè)相機(jī)、緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭、鏡頭支架、鏡頭底板組成，鏡頭支架主要起到支撐較重的遠(yuǎn)心鏡頭與工業(yè)相機(jī)的作用，鏡頭底板起到托起鏡頭支架和工業(yè)相機(jī)與遠(yuǎn)心鏡頭組合的作用，而分辨率500萬像素工業(yè)相機(jī)和緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭組合，可獲得高分辨率和通過平行投影方法消除了成像畸變的高質(zhì)量圖像。通過鏡頭底板與連接板連接從而將整個(gè)紋理采集機(jī)構(gòu)固定在直線導(dǎo)軌上。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置值度，相機(jī)抓取圖像，并且取出其中的m個(gè)像素值，依次放置于新建的大圖像上，如此往復(fù)循環(huán)，直到轉(zhuǎn)動(dòng)完成一圈，采集完一層整圈的圖像，通過直線導(dǎo)軌調(diào)節(jié)遠(yuǎn)心鏡頭高度，即可得到被測(cè)對(duì)象的整個(gè)高度紋理。

所述的文物回轉(zhuǎn)控制箱，由箱體一體式底板、開關(guān)電源、usb轉(zhuǎn)接接頭、網(wǎng)口轉(zhuǎn)接頭、外部連接板、d1驅(qū)動(dòng)器、d2驅(qū)動(dòng)器、繼電器、轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)等組成。箱體中所有需要定位的部件以一體式底板為基準(zhǔn)面并固定。其中為充分利用空間，開關(guān)電源通過折彎板架起，外部連接板通過一體式底板上的凹槽進(jìn)行定位，其中d1、d2驅(qū)動(dòng)器是分別控旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和直線導(dǎo)軌配套部件。繼電器是為了消除直線導(dǎo)軌和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)都要觸發(fā)掃描儀時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)干擾而進(jìn)行的線路改變操作。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤為了讓旋轉(zhuǎn)平臺(tái)伸出控制箱與外部接觸?？刂葡潴w起到對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行控制及進(jìn)行供電等作用。

得到點(diǎn)云后，導(dǎo)入點(diǎn)云處理軟件，處理后即可得到三維模型。將三維模型導(dǎo)入專業(yè)渲染軟件，對(duì)此三維模型進(jìn)行渲染，將紋理圖像映射到三維模型上，即可得到具有高質(zhì)量紋理的外形數(shù)字化文物器形模型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步：

1.設(shè)備的采集對(duì)象材質(zhì)和尺寸廣泛，對(duì)陶瓷、釉、金屬類、石頭類及紙類等材質(zhì)和大尺寸的文物器形都可滿足外形和紋理信息采集要求。

2.紋理采集結(jié)果分辨率高，無成像畸變，外形點(diǎn)云無噪聲，質(zhì)量較好，為文物的表面特征提取及研究提供了真實(shí)信息。

3.數(shù)據(jù)采集的過程自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，采集效率高，外形及紋理的采集全部時(shí)間不足半小時(shí)。

4.可根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)置外形及紋理數(shù)據(jù)的采集密度。

附圖說明

圖1便攜式文物三維結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)備示意圖。

圖2控制箱、轉(zhuǎn)臺(tái)及被測(cè)文物組成示意圖。

圖3本發(fā)明的外形采集機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4本發(fā)明的紋理采集機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分解示意圖。

圖5文物回轉(zhuǎn)控制箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6外形采集原理示意圖。

圖7紋理采集原理示意圖。

圖8花瓶原型、外形與底部照片圖。

圖9花瓶紋理采集結(jié)果圖。

其中各編號(hào)為：1.箱體2.l型支架3.直線導(dǎo)軌4.固定板5.手動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)6.掃描儀連接板7.3d掃描儀8.工業(yè)相機(jī)9.緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭10.鏡頭支架11.鏡頭底板12.被測(cè)對(duì)象13.轉(zhuǎn)臺(tái)14.一體式底板15.24v開關(guān)電源16.usb轉(zhuǎn)接接頭17.網(wǎng)口轉(zhuǎn)接頭18.外部連接板19.d1驅(qū)動(dòng)器20.d2驅(qū)動(dòng)器21.繼電器（4個(gè)）22.轉(zhuǎn)盤23.旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例一：

參見圖1~圖5，本便攜非接觸式文物外形和紋理采集設(shè)備，包括外形采集機(jī)構(gòu)（i）、紋理采集機(jī)構(gòu)（ii）及控制箱體（iii）。其特征在于：文物放置于控制箱（iii）的箱體的轉(zhuǎn)臺(tái)（13）上，在距離轉(zhuǎn)臺(tái)（13）回轉(zhuǎn)軸設(shè)定距離處安置外形采集機(jī)構(gòu)（i）和紋理采集機(jī)構(gòu)（ii）。通過箱體（1）中的一個(gè)外部連接板（18）與安裝外形采集機(jī)構(gòu)（i）及紋理采集機(jī)構(gòu)（ii）的一個(gè)l型支架（2）相連接；所述外形采集機(jī)構(gòu)（i）中的一個(gè)基于激光三角法的3d激光掃描儀（7）完成文物外形點(diǎn)云的采集，結(jié)合得到的距離值及轉(zhuǎn)臺(tái)（13）轉(zhuǎn)過角度值，在上位機(jī)完成極坐標(biāo)系向直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，得到文物回轉(zhuǎn)體點(diǎn)云；而紋理采集機(jī)構(gòu)（iii）中有一個(gè)高分辨率的工業(yè)相機(jī)（8）與一個(gè)緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭（9）的配合，通過平行投影完成對(duì)文物紋理的無畸變采集，取圖像中間有限列像素，放置于新的大圖中，如此往復(fù)完成對(duì)一圈圖像采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)紋理數(shù)據(jù)的采集。

實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：

所述外形采集機(jī)構(gòu)（i）包括部件連接板（4）、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）、掃描儀連接板（6）和3d激光掃描儀（7），依次安裝在一個(gè)垂直的直線導(dǎo)軌（3）上，該直線導(dǎo)軌（3）再固定在所述l型支架（2）上，l型支架（2）前端留有定位銷孔，以便與文物回轉(zhuǎn)控制箱體（1）右側(cè)外部連接板（18）對(duì)接固定，實(shí)現(xiàn)模塊化的安裝；當(dāng)需要測(cè)量文物底部點(diǎn)云時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）使3d激光掃描儀（7）轉(zhuǎn)過90°，從而可以測(cè)量文物底部點(diǎn)云；掃描儀連接板（6）起到連接3d激光掃描儀（7）和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）的作用。3d激光掃描儀基于激光三角法完成對(duì)文物外形平鋪點(diǎn)云的采集，3d激光掃描儀（7）的激光發(fā)射點(diǎn)距離轉(zhuǎn)臺(tái)（13）回轉(zhuǎn)軸為掃描儀工作距離的最大值，激光束通過回轉(zhuǎn)中心，掃描儀（7）的激光束掃描范圍覆蓋轉(zhuǎn)臺(tái)（13），保證可以得到外形所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

所述的紋理采集機(jī)構(gòu)（ii）包括工業(yè)相機(jī)（8）、緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭（9）、鏡頭支架（10）和鏡頭底板（11），所述鏡頭支架（10）主要起到支撐較重的遠(yuǎn)心鏡頭（9）與工業(yè)相機(jī)（8），鏡頭底板（11）起到托起鏡頭支架（10）和工業(yè)相機(jī)（8）與遠(yuǎn)心鏡頭（9）組合的作用，高分辨率工業(yè)相機(jī)（8）和緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭（9）組合，可獲得高分辨率和通過平行投影方法消除了成像畸變的高質(zhì)量圖像，遠(yuǎn)心鏡頭（9）運(yùn)動(dòng)到直線導(dǎo)軌（3）最下端時(shí)，其視野要覆蓋轉(zhuǎn)臺(tái)（13）。

所述的文物回轉(zhuǎn)控制箱包括箱體（1）、一體式底板（14）、開關(guān)電源（15）、usb轉(zhuǎn)接接頭（16）、網(wǎng)口轉(zhuǎn)接頭（17）、外部連接板（18）、d1驅(qū)動(dòng)器（19）、d2驅(qū)動(dòng)器（20）、繼電器（21）、轉(zhuǎn)盤（22）和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（23）。箱體（1）中所有需要定位的部件以一體式底板（14）為基準(zhǔn)面并固定，外部連接板（18）通過一體式底板（14）上的凹槽進(jìn)行定位，其中d1、d2驅(qū)動(dòng)器（19、20）是分別控旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（23）和直線導(dǎo)軌（3）配套部件，繼電器（21）是為了消除直線導(dǎo)軌（3）和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（23）都要觸發(fā)3d激光掃描儀（7）時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)干擾而進(jìn)行的線路改變操作；旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（23）提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤（13）為了讓旋轉(zhuǎn)平臺(tái)伸出箱體（1）與外部接觸。

實(shí)施例三：

如附圖1所示，本便攜非接觸式文物外形和紋理采集的設(shè)備，包括外形采集機(jī)構(gòu)（i）、紋理采集機(jī)構(gòu)（ii）及文物回轉(zhuǎn)控制箱（iii），其中外形采集機(jī)構(gòu)包括lmi公司gocator2340型號(hào)3d激光掃描儀（7）、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）及l(fā)型支架（2），該系統(tǒng)固定于控制箱（1）一側(cè)，完成外形點(diǎn)云采集的工作；紋理采集系統(tǒng)包括pointgrey公司生產(chǎn)的txg50c的500萬像素的工業(yè)相機(jī)（8）、opto公司生產(chǎn)的tccr12096型號(hào)的緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭（9）及相機(jī)底座（10）等，其固定于直線導(dǎo)軌（3）上并隨導(dǎo)軌滑塊一起運(yùn)動(dòng)，完成紋理信息的采集；控制箱體包括箱體（1）、轉(zhuǎn)臺(tái)（13）、一體式底板（14）24v開關(guān)電源（15）、外部連接板（18）等部件，為運(yùn)動(dòng)及3d激光掃描儀（7）、工業(yè)相機(jī)（8）等供電及實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。該設(shè)備主要用于文物器形三維結(jié)構(gòu)外形數(shù)據(jù)獲取及紋理信息采集獲取，從而進(jìn)一步地進(jìn)行物體內(nèi)腔測(cè)量、考古研究及數(shù)字化博物館的建立。

如圖3所示的外形掃描機(jī)構(gòu)：整個(gè)外形采集機(jī)構(gòu)由連接板（4）、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）、掃描儀連接板（6）、lmi公司gocator2340型號(hào)3d掃描儀（7）依次安裝在上銀kk6005型號(hào)直線導(dǎo)軌（3）組成，直線導(dǎo)軌再固定在l型支架（2）上，l型支架（2）前端留有定位銷孔，以便與箱體（1）右側(cè)外部連接板（18）對(duì)接定位。3d掃描儀最大工作距離400mm，打出的激光條最大寬度198mm，z方向測(cè)量精度在0.2mm以下。當(dāng)需要測(cè)量文物底部點(diǎn)云時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）來使3d掃描儀轉(zhuǎn)過90°，從而可以測(cè)量底部點(diǎn)云。掃描儀連接板（6）起到連接3d掃描儀（7）和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）的作用。3d掃描儀（7）基于激光三角法完成對(duì)外形平鋪點(diǎn)云的采集，由得到平鋪點(diǎn)云的z值可得到回轉(zhuǎn)體在該角度的半徑值，結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)（13）轉(zhuǎn)過的角度，即可實(shí)現(xiàn)在軟件底層點(diǎn)云的極坐標(biāo)系向直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，得到所需回轉(zhuǎn)體點(diǎn)云，此時(shí)軟件自動(dòng)將新點(diǎn)云存儲(chǔ)在上位機(jī)指定路徑。

如圖4所示的紋理采集機(jī)構(gòu)：整個(gè)紋理采集機(jī)構(gòu)主要由pointgrey公司生產(chǎn)的txg50c的500萬像素工業(yè)相機(jī)（8）、opto公司生產(chǎn)的tccr12096緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭（9）、鏡頭支架（10）、鏡頭底板（11）組成，其中工業(yè)相機(jī)（8）為500萬像素彩色相機(jī)，遠(yuǎn)心鏡頭工作距離278.6mm，景深范圍145mm。鏡頭支架（10）主要起到支撐較重的遠(yuǎn)心鏡頭（9）與工業(yè)相機(jī)（8）作用，鏡頭底板（11）起到托起鏡頭支架和工業(yè)相機(jī)與遠(yuǎn)心鏡頭組合的作用，而高分辨率工業(yè)相機(jī)（8）和緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭（9）主要為獲得高分辨率的和通過平行投影方法消除了成像畸變的高質(zhì)量圖像。

如圖5所示的文物回轉(zhuǎn)控制箱，其特征在于：控制箱主要由箱體（1）、一體式底板（14）、開關(guān)電源（15）、usb轉(zhuǎn)接接頭（16）、網(wǎng)口轉(zhuǎn)接頭（17）、外部連接板（18）、d1驅(qū)動(dòng)器（19）、d2驅(qū)動(dòng)器（20）、繼電器（21）、轉(zhuǎn)盤（22）、上銀dd旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（23）等組成。其中明偉開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)220v電壓轉(zhuǎn)為24v電壓。箱體（1）中所有需要定位的物體放置于一體式底板（14），并以其為基準(zhǔn)面。為充分利用空間，開關(guān)電源（15）通過折彎板架起，外部連接板通過一體式底板上的凹槽進(jìn)行定位，其中d1、d2驅(qū)動(dòng)器是分別控旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和直線導(dǎo)軌配套使用。繼電器是為了消除直線導(dǎo)軌和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)都要觸發(fā)掃描儀時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)干擾而添加的部件。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤為了讓旋轉(zhuǎn)平臺(tái)伸出控制箱與外部接觸。

在設(shè)備軟件界面相應(yīng)位置連接好直線導(dǎo)軌（3）和轉(zhuǎn)臺(tái)（13），即可點(diǎn)擊“外形采集”，導(dǎo)軌自動(dòng)移動(dòng)到距離轉(zhuǎn)臺(tái)平面垂直距離80mm處，進(jìn)行第一次掃描，完成后，軟件詢問是否進(jìn)行第二次掃描，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇即可。外形采集原理如圖6所示，激光傳感器的初始坐標(biāo)系原點(diǎn)為，方向垂直轉(zhuǎn)盤平面向下，指向轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的方向，方向指向激光傳感器。傳感器在初始坐標(biāo)系下采集到點(diǎn)云，向z負(fù)方向平移105mm，轉(zhuǎn)換到xyz坐標(biāo)系下。采集得到的外形點(diǎn)云為平鋪模型點(diǎn)云，此時(shí)需要進(jìn)行極坐標(biāo)系向直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過角度值α和z值，即可得到所需回轉(zhuǎn)體的坐標(biāo)值，即：=，=z*sinα，=z*cosα。所有外形部件都掃描完成后，點(diǎn)擊軟件界面中的“外形顯示”，選中剛得到的外形文件，即可顯示外形點(diǎn)云。

外形采集完成后，進(jìn)行紋理信息采集。在該設(shè)備軟件紋理采集界面上，直線導(dǎo)軌（3）處相應(yīng)位置輸入串口號(hào)，點(diǎn)擊連接，即可將相機(jī)與鏡頭組合部件移動(dòng)到底部，此時(shí)從鏡頭中可以看到整幅圖像已經(jīng)將待測(cè)對(duì)象最下端包括。輸入轉(zhuǎn)臺(tái)（13）的端口號(hào)，點(diǎn)擊連接，此刻轉(zhuǎn)臺(tái)（8）已經(jīng)可以動(dòng)作。根據(jù)待測(cè)對(duì)象的外形直徑的值d來確定采集信息值，結(jié)合單次圖像抓取轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度值，來計(jì)算輸入單幅圖像所取像素值m，其計(jì)算方式為：（其中x為緊湊型遠(yuǎn)心鏡頭的放大倍率），為之后的整幅圖像的拼接做準(zhǔn)備。

所有值設(shè)置好之后，即可點(diǎn)擊“紋理采集”按鈕，自動(dòng)進(jìn)行紋理采集過程，整個(gè)過程是自動(dòng)化的。先轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置值度，相機(jī)抓取圖像，并且取出其中的m個(gè)像素值，放置于新建的大圖像上，如此往復(fù)循環(huán)，直到轉(zhuǎn)動(dòng)完成一圈，采集完一圈之后，軟件會(huì)詢問是否再次采集一圈，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。如果選擇再次采集一圈，直線導(dǎo)軌帶動(dòng)相機(jī)會(huì)向上運(yùn)動(dòng)=103.9mm，其是一副圖像的高度信息，其計(jì)算公式為：。重復(fù)以上過程，可拼接成文物完整的紋理展開圖。這樣即可得到無縫的拼接完整圖像。圖像拼接原理如圖7所示。

紋理采集得到的圖像之間連接較好，不會(huì)出現(xiàn)明顯接縫，如圖9所示。

紋理信息采集完成后，進(jìn)行底部采集，旋轉(zhuǎn)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（5）90°，使三維激光掃描儀（8）的激光線呈水平，點(diǎn)擊“底部采集”，直線導(dǎo)軌（3）帶動(dòng)激光三維掃描儀從最底部向上運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)底部的點(diǎn)云采集。

將點(diǎn)云文件導(dǎo)入專業(yè)點(diǎn)云處理軟件中，進(jìn)行去噪平滑處理，然后進(jìn)行點(diǎn)云拼接和對(duì)齊，再進(jìn)行內(nèi)外形的點(diǎn)云三角化處理，效果如圖8所示。

使用渲染軟件對(duì)實(shí)體化的外形模型進(jìn)行渲染，將紋理圖像作為渲染圖像，映射到外形模型上，可得到逼真的渲染后的實(shí)體。