一种天然饰材纹理表面的数字模型生成方法及测量系统与流程

1.本发明涉及一种天然饰材纹理表面的数字模型生成方法及测量系统，属于印刷图像处理技术领域。


背景技术：

2.随着社会发展和理念升级，人们更青睐非天然材料产品。基于pvc涂布等技术，将扫描获取的天然表面的影像，转印在人造表面，加工的人造饰材具有天然材料外观，符合现代环保理念。
3.天然真实材质，例如石材、皮革、木材，材质表面不是简单平面，而是复杂的三维曲面。天然材质的纹理表面，除光学影像信息（颜色、灰度等），还有形貌起伏的几何信息，需三维坐标系（如，uvw系）下表示；基于涂布技术的人造饰材加工，目前仅为2d影像转印，纹理深度信息丢失，两个缺陷：1、人造饰材的转印纹理，是实际不同深度点的颜色形状叠加，纹理边缘模糊；2、即使缺陷“1”解决，没有深度信息“年画虎”般的图像，视觉上有不真实感和“低端”产品印象。
4.天然材质的纹理，实现3d转印工艺，前端必须构建纹理表面的3d数字模型；但是，由于天然表面纹理的复杂，其特征随机分布，目前还没有一个统一的数学模型。包括3d扫描技术，虽然在先进制造领域的应用广泛，但在天然表面的纹理分析领域，其应用仍是开放性难题。现有纹理提取分析技术方法，采用基于结构光的坐标影像仪，获取材质光学信息，所述现有纹理分析方法的几个缺陷：1、未考虑天然表面底色的影响，所得灰度分布同时包含纹理深度和颜色的影响，且不可区分；2、不适用黑色或透明表面。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种天然饰材纹理表面的数字模型生成方法及测量系统，从而解决上述技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种天然饰材纹理表面的数字模型测量系统，包括多角度影像采集功能模块；所述多功能影像采集功能模块设置在载物台上；所述多角度影像采集功能模块包括光学镜头模块；所述光学镜头模块连接转动自由度转轴；所述转动自由度转轴通过连接杆连接摆动自由度摆动轴；所述摆动自由度摆动轴连接在竖直平移自由度导轨；所述竖直平移自由度导轨通过滑块连接在直线平移自由度导轨上；竖直平移自由度导轨以及直线平移自由度导轨所在结构件整体位于载物台，其整体机构件固定在两侧的竖直支撑架；所述载物台上还设置有2条平行布置的左右平移自由度导轨；所述整体机构件连接在所述左右平移自由度导轨上；所述左右平移自由度导轨一侧设置有位置标记装置；所述位置标记装置一端连接有游标。
7.一种天然饰材纹理表面的数字模型生成方法，该生成方法基于采用结构光影像仪的测量系统，以两条并行技术路线，分别构建包含表面影像光学信息及表面形貌几何信息的数字模型；光学模型、几何模型共有贴图坐标系（记作uv系），可整合生成带空间坐标系
（记作uvw系）的表面3d数字模型；在天然饰材形状尺寸等符合测量现场需求（预加工）之后；具体包含以下步骤；步骤一：采集数字化表面的光学影像信息；步骤二：采集数字化表面的几何形貌信息；步骤三：将步骤一和步骤二中的光学影像信息以及几何形貌信息直接整合形成表面3d数字模型。
8.进一步的，所述步骤一中采集数字化表面的光学影像信息的具体方法如下所示；步骤31：待测饰材置于固定位置，人工或仪器标记该位置，以固定照相或扫描的方式提取饰材表面的影像信息；步骤32：构建映射uv系的表面影像的2d数字模型；所述贴图坐标系（又称图像坐标系、像素索引坐标系），其任意点（m，n）的坐标为整数。
9.进一步的，所述步骤二中采集数字化表面的几何形貌信息的具体方法如下所示；步骤41：将标记位置的天然饰材取出，表面涂布均匀厚度的单色层，以掩盖天然底色，消除颜色相关反射率差异对灰度分布的影响；步骤42：将涂色饰材放回标记位置，以固定或扫描的方式，依次分别在n个的（n≥3）角度下提取涂色饰材的表面光学影像信息；步骤43：n个角度下影像所含灰度信息，分别映射步骤一相同的uv系，即生成n个二维灰度矩阵（记作g矩阵），各g矩阵内同下标的元素g（m，n）的均值，构成矩阵；步骤44,：以矩阵的数值大小，表征点（m，n）纹理的相对深度，相对深度坐标记作w，如此构建映射uvw坐标系的表面几何形貌的3d数字模型。
10.进一步的，所述步骤三中uv贴图坐标系的点（m，n），坐标可索引像素位置，因此对于表面相同位置的光学和几何信息，可以被直接整合，生成uvw空间坐标系的表面3d数字模型，其包含步骤一和步骤二光学和几何模型信息；uvw坐标系，由uv坐标系和深度坐标w构成，其中uv坐标系内任意点（m，n）的坐标为整数。
11.本发明的有益效果是：本发明的所述的数字模型生成方法，改以并行的技术路线，分别地构建光学和几何模型, 主要有益效果：纹理分析不受限于饰材的颜色和透明度；输出包含光学和几何信息的3d数字模型，更精确地反映真实纹理表面。
附图说明
12.图1为本发明的数字模型生成方法的用于人工饰材加工的一种技术路线图示意图；图2为本发明的测量系统的实施例1基于结构光的坐标影像测量系统的结构示意图。
13.图中：211、光学镜头模块，212、转动自由度转轴，213、摆动自由度摆动轴，221、直线平移自由度导轨，222、竖直平移自由度导轨，223、左右平移自由度导轨，231、位置标记装置，232、游标。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本
发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
15.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
16.如图1所示，一种天然饰材纹理表面的数字模型生成方法，该生成方法基于采用结构光影像仪的测量系统，以两条并行技术路线，分别构建包含表面影像光学信息及表面形貌几何信息的数字模型；光学模型、几何模型共有贴图坐标系（记作uv系），可整合生成带空间坐标系（记作uvw系）的表面3d数字模型；在天然饰材形状尺寸等符合测量现场需求（预加工）之后；具体包含以下步骤；步骤一：采集数字化表面的光学影像信息；步骤二：采集数字化表面的几何形貌信息；步骤三：将步骤一和步骤二中的光学影像信息以及几何形貌信息直接整合形成表面3d数字模型。
17.步骤一中采集数字化表面的光学影像信息的具体方法如下所示；步骤31：待测饰材置于固定位置，人工或仪器标记该位置，以固定照相或扫描的方式提取饰材表面的影像信息；步骤32：构建映射uv系的表面影像的2d数字模型；所述贴图坐标系（又称图像坐标系、像素索引坐标系），其任意点（m，n）的坐标为整数。
18.步骤二中采集数字化表面的几何形貌信息的具体方法如下所示；步骤41：将标记位置的天然饰材取出，表面涂布均匀厚度的单色层，以掩盖天然底色，消除颜色相关反射率差异对灰度分布的影响；步骤42：将涂色饰材放回标记位置，以固定或扫描的方式，依次分别在n个的（n≥3）角度下提取涂色饰材的表面光学影像信息；步骤43：n个角度下影像所含灰度信息，分别映射步骤一相同的uv系，即生成n个二维灰度矩阵（记作g矩阵），各g矩阵内同下标的元素g（m，n）的均值，构成矩阵；步骤44,：以矩阵的数值大小，表征点（m，n）纹理的相对深度，相对深度坐标记作w，如此构建映射uvw坐标系的表面几何形貌的3d数字模型。
19.步骤三中uv贴图坐标系的点（m，n），坐标可索引像素位置，因此对于表面相同位置的光学和几何信息，可以被直接整合，生成uvw空间坐标系的表面3d数字模型，其包含步骤一和步骤二光学和几何模型信息；uvw坐标系，由uv坐标系和深度坐标w构成，其中uv坐标系内任意点（m，n）的坐标为整数。
20.步骤43中所述的n个角度中，落于所测表面中垂面两侧的个数相同，至多有1个角度落于所述中垂面内。
21.步骤二中表面涂布的单色层，可以是白色或灰色，也可是影像仪自带单色光源的颜色，单色厚度小于纹理平均深度；纹理平均深度为随机点的纹理深度测量值的均值。
22.参照图2为一种天然饰材纹理表面的数字模型测量系统，包括多角度影像采集功能模块；所述多功能影像采集功能模块设置在载物台上；所述多角度影像采集功能模块包
括光学镜头模块211；所述光学镜头模块211连接转动自由度转轴212；所述转动自由度转轴212通过连接杆连接摆动自由度摆动轴213；所述摆动自由度摆动轴213连接在竖直平移自由度导轨222；所述竖直平移自由度导轨222通过滑块连接在直线平移自由度导轨221上；竖直平移自由度导轨222以及直线平移自由度导轨221所在结构件整体位于载物台1，其整体机构件固定在两侧的竖直支撑架3；所述载物台1上还设置有2条平行布置的左右平移自由度导轨223；所述整体机构件连接在所述左右平移自由度导轨223上；所述左右平移自由度导轨223一侧设置有位置标记装置231；所述位置标记装置231一端连接有游标232。
23.光学镜头模块211还有1个转动自由度1个摆动自由度，转动区间内，能任意方向连续变化镜头角度，可应用任意复杂曲面。实施例1的测量系统，还包含微处理器、软件等的非机械组成部分。
24.多角度影像采集功能，实现方法包括采用m个或m组的定向镜头，或采用1个或1组的有额外自由度的镜头；所述额外自由度，是相对于载物台的静止参照系，可以是曲线平移、转动、摆动形式的一种或几种自由度。
25.本发明的所述的数字模型生成方法，改以并行的技术路线，分别地构建光学和几何模型, 主要有益效果：纹理分析不受限于饰材的颜色和透明度；输出包含光学和几何信息的3d数字模型，更精确地反映真实纹理表面。
26.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。