基于三维扫描的拓印方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于书法拓印领域，更具体涉及一种基于三维扫描的拓印方法。
【背景技术】
[0002] 书法传承是中华文化的一个重要分支，也是大部分文物古迹包含的一项重要内 容。书法的历史传承主要以帖学和碑学的方式体现，钟鼎文书法既是一个独立的分支，也可 以归类为碑学的范畴。古代书法作品，保存完好的几乎都是存在于石碑上的佳作。碑学体现 的书法传承，需要拓印之后才好供书法家和初学者临摹。传统拓印一般流程是把一张坚韧 的薄纸事先浸湿，再敷在石碑上面，用刷子轻轻敲打，使纸入字口，待纸张干燥后用刷子蘸 墨，轻轻地、均匀地拍刷，使墨均匀地涂布纸上，然后把纸揭下来，一张黑地白字的拓片就复 制完成了，这种复制文字的方法，称之为"拓印"。它是将石刻或木刻文字，用纸、墨拍印出 来，以便保存和传播的工艺方法。传统拓印从制作工艺上看，需要在钟碑刻上涂抹化学材 料，并进行敲打等工序，对钟碑刻造成不同程度的磨损和破坏;从技术特点上看，阴文拓印 可以直接拓印，而阳文拓印需要翻模后再拓印，制作复杂且效果比阴文拓印次很多。那些堪 称国宝的法碑经岁月的侵蚀和累次的拓印，均遭到不同程度的损毁。因此在当代，优秀的碑 帖几乎都是古人的拓本。利用数字技术保存和重构古代碑帖和钟鼎书法成为必然选择。
[0003] 现有技术中，数字拓印是利用相机等采集设备进行图像采集，采集的原始数据通 过一定经验的图像处理工程师利用专门的图像处理软件(例如Photoshop)将文字的部分提 出并加工，进行分割文字，提取轮廓和填充等手工的操作进行加工生产。上述处理方法利用 照片进行处理，需要克服光线、镜头畸变等客观因素带来的误差前提下，经过专业的美工人 员进行扣字处理，不但效率低下，而且在处理过程中难免会带来人为误差从而偏离原始作 品的外形。
[0004] 另外，现有技术中存在利用三维扫描数据进行修理的方法，单数这种方法中由于 专业的三维处理软件在处理钟碑刻点云这种数据量大、表面造型复杂的模型上能力大显不 足，因此需要工程师具有足够的经验，并且会占用过大的计算资源；另外，工作制作结果上 看，由于对人工依赖大，不同人不同时间对同一个字处理结果完全不一样；从处理效率上 看，即使是熟练的技术人员一天也只能处理十几个字，效率低下。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是如何对三维扫描仪采集的图像数据进行自动、快速、 精确处理，将文字映射到平面上，形成文字拓印的图片。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于三维扫描的拓印方法，其特征在 于，所述方法包括以下步骤：
[0007] S1、利用三维扫描仪采集点云数据，之后进行预处理形成文字拓印图像；
[0008] S2、对所述步骤S1得到的图像进行处理，消除所述步骤S1采集得到的文字图像的 底面，实现将步骤S1中的所述文字图像上的数据映射到拓印基准面上;S3、利用所述步骤S2 得到的所述拓印基准面上的数据构造二维矩阵，所述二维矩阵用于存贮所述基准平面上的 数据，其中所述二维矩阵中的每一个像素代表一个数据；
[0009] S4、将所述步骤S2中得到的拓印基准面上的数据的空间深度信息映射到所述二维 矩阵中。
[0010] 优选地，所述步骤S1中，所述三维扫描仪按照预定行数和预定列数进行扫描，每一 次扫描得到的信息形成一个所述二维矩阵。
[0011] 优选地，所述步骤S3具体包括以下几个步骤：
[0012] S31、在所述基准面的数据中找到最下面的扫描点、最上面的扫描点、最左面的扫 描点以及最右面的扫描点，并以四个扫描点作为顶点形成四边形；
[0013] S32、以所述四边形的底边作为一条边，以最上面的扫描点和最右面的扫描点作为 顶点形成一个矩形；
[0014] 利用所述矩形对对应的所述基准平面上的数据进行剪裁，去掉所述矩形之外的数 据点；
[0015] S33、计算所述二维矩阵的宽度和高度;其中所述宽度为所述矩形内基准平面上的 数据的列数，所述高度为所述矩形内基准平面上的数据的行数；
[0016 ] S34、对于所述矩形内每一个像素，根据其三维坐标确定其在所述二维矩阵中的行 和列，并建立其深度信息与其在所述二维矩阵中位置的映射关系。
[0017]优选地，所述步骤S34中对于所述二维矩形内每一个像素，其在所述二维矩阵中的 行、列以及所述映射关系利用下面公式计算：
[0018]
[0019]
[0020] D(i，j)=z'm
[0021] m= 1,. . . ,numpo int
[0022] 式中，i表示行，j表示列，D(i，j) = zm为所述映射关系，m为所述矩形内数据总个 数，（Xm，ym， Zm)为点云数据的坐标，（i，j)为数据在所述拓印基准面上的位置坐标。
[0023] 优选地，所述步骤S33还包括确定列数的子步骤，具体为：
[0024]对于所述矩形内两个相邻的数据点，计算其在X方向上的距离是否大于列距离阈 值，若是则所述两个相邻的数据点为两列。
[0025] 优选地，所述步骤S3之后还包括去除所述二维矩阵中空缺点步骤：
[0026] 以所述空缺点为中心，计算其周边多个数据点的深度值，并以计算得到的多个深 度值的平均值作为所述空缺点的深度值。
[0027 ]优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0028] S41、利用所述三维扫描仪采集数据，之后形成文字图像，经过曲面拟合得到近似 曲面，将所述近似曲面上浮预定距离形成所述拓印基准面；
[0029] S42、判断所述拓印基准面数据中的每个数据点位于所述拓印基准面的上侧或是 下侧；
[0030] S43、计算所有位于所述拓印基准面上侧的数据点离所述拓印基准面的第一平均 距离；
[0031] S43、计算所有位于所述拓印基准面下侧的数据点离所述拓印基准面的第二平均 距离；
[0032] S44、计算所述第一平均距离和所述第二平均距离差值作为高度阈值；
[0033] S45、根据所述二维矩阵中每一个数据点的深度信息以及所述高度阈值确定所述 二维矩阵中每一个数据点的相对高度；
[0034] S46,对于所述二维矩阵中每一个数据点，根据其相对高度确定其灰度值。
[0035]优选地，所述步骤S45中利用如下公式计算相对高度
[0036]
[0037]式中，21表示对应数据点的深度信息，Hmin表示第二平均距离；Δ Η表示所述高度阈 值。
[0038]所述步骤S46中，利用如下公式计算数据点的灰度值：
[0039] RGBi= (l_hi)*Brgb+hi*Frgb
[0040] 式中，hi表示对应数据点的高度，8_表示所述二维矩阵中最低数据点对应的数据 点的灰度值，「_表示所述二维矩阵中最高数据点对应的数据点的灰度值。
[0041 ]优选地，所述方法还包括以下步骤：
[0042]将所述二维矩阵中最高数据点对应的数据点的灰度值作为前景色，将所述二维矩 阵中最低数据点对应的数据点的灰度值作为背景色。
[0043]本发明提供了一种基于三维扫描的拓印方法，本发明利用扫描数据特点计算制成 数字拓印图片，能够提取字模根部文字的轮廓信息，将三维数据还原为二维字帖。避免了因 人工干预带来结果的误差;并且，在不降低精度的前提下，两分钟左右处理500万点数据。
【附图说明】
[0044]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，下面将对实施例或现 有技术描述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的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0045]图1为本发明的一个较佳实施例的基于三维扫描的钟碑文拓印方法流程图；
[0046]图2为本发明中步骤S3的流程图；
[0047]图3为本发明中步骤S4的流程图；
[0048]图4为本发明中步骤S2中差值分割示意图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发 明，但不能用来限制本发明的范围。
[0050] -种基于三维扫描的拓印方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
[0051] S1、利用三维扫描仪采集点云数据，之后进行预处理形成文字拓印图像；
[0052] S2、对所述步骤S1得到的图像进行处理，消除所述步骤S1采集得到的文字图像的 底面，实现将步骤S1中的所述文字图像上的数据映射到三维的拓印基准面上；
[0053] S3、利用所述步骤S2得到的所述拓印基准面上的数据构造二维矩阵，所述二维矩 阵用于存贮所述基准平面上的数据，其中所述二维矩阵中的每一个像素代表一个数据；
[0054] S4、将所述步骤S2中得到的拓印基准面上的数据的空间深度信息映射到所述二维 矩阵中。
[0055] 上述方法利用扫描数据特点计算制成数字拓印图片，能够提取字模根部文字的轮 廓信息，将三维数据还原为二维字帖，避免了因人工干预带来结果的误差;并且在不降低精 度的前提下，两分钟左右处理500万点数据，提高了处理效率。
[0056] 进一步地，所述步骤S4之后还包括以下步骤：
[0057]对二维矩阵中的数据进行优化处理；
[0058]对优化处理后的数据进行显示设置，之后进行文字分割和文字编辑，最后进行显 不。
[0059]进一步地，所述步骤S1中，所述三维扫描仪按照预定行数和预定列数进行扫描，每 一次扫描得到的信息形成一个所述二维矩阵。
[0060] 进一步地，所述步骤S3具体包括以下几个步骤：
[0061] S31、在所述基准面的数据中找到最下面的扫描点、最上面的扫描点、最左面的扫 描点以及最右面的扫描点，并以四个扫描点作为顶点形成四边形；
[0062] S32、以所述四边形的底边作为一条边，以最上面的扫描点和最右面的扫描点作为 顶点形成一个矩形；
[0063] 利用所述矩形对对应的所述基准平面上的数据进行剪裁，去掉所述矩形之外的数 据点；
[0064] S33、计算所述二维矩阵的宽度和高度;其中所述宽度为所述矩形内基准平面上的 数据的