一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统

摘要

本发明公开了一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统，所述系统包括数据处理中心、伺服无线控制模块和图像数据采集终端；数据处理中心与伺服无线控制模块相连接；数据处理中心用于设定图像数据采集终端的运动轨迹，并基于运动轨迹对图像数据采集终端到被摄物体平面的距离数据进行分析计算，以输出步进脉冲数据；伺服无线控制模块用于基于步进脉冲数据，驱动图像数据采集终端按照运动轨迹进行三维运行与图像采集；图像数据采集终端用于对被摄物体平面进行矩阵分割采集，获取各个局部图像数据；数据处理中心还用于将局部图像数据进行数据重组处理与整体输出。所述系统节省人力，提高文物古迹的研究效率与质量，保障研究工作可持续化。

权利要求

1.一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述系统包括数据处理中心、伺服无线控制模块和图像数据采集终端；所述数据处理中心与所述伺服无线控制模块相连接，所述伺服无线控制模块的一端设置有所述图像数据采集终端；

所述数据处理中心用于设定所述图像数据采集终端的运动轨迹，并基于所述运动轨迹对所述图像数据采集终端到被摄物体平面的距离数据进行分析计算，以输出步进脉冲数据；

所述伺服无线控制模块用于基于所述步进脉冲数据，驱动所述图像数据采集终端按照所述运动轨迹进行三维运行与图像采集；

所述图像数据采集终端用于对所述被摄物体平面进行矩阵分割采集，以获取各个局部图像数据；

所述数据处理中心还用于将所述各个局部图像数据进行数据重组处理与整体输出。

2.根据权利要求1所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述数据处理中心用于设定所述图像数据采集终端的运动轨迹包括：所述数据处理中心获取所述被摄物体平面的面积大小，根据所需的分辨率大小将所述被摄物体平面分割为N个矩阵画面；计算所述N个矩阵画面的中心点位置，并根据N个中心点位置设定所述图像数据采集终端的运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述伺服无线控制模块包括采集单元、WiFi传输单元与伺服控制单元；

所述采集单元用于采集所述图像数据采集终端到所述被摄物体平面的位置距离，并监测所述图像数据采集终端的工作状态以及工作环境。

所述WiFi传输单元为WiFi图像传输器，用于传输所述图像数据采集终端所采集到的各个局部图像数据；

所述伺服控制单元用于控制所述图像数据采集终端与灯光组根据所述步进脉冲数据进行相应的位移。

4.根据权利要求3所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述采集单元包括第一激光测距仪、第二激光测距仪、温度传感器和声音采集器；

所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均用于根据设定的时间测量所述图像数据采集终端到所述被摄物体平面的距离数据；

所述温度传感器用于实时记录当前拍摄环境下的温度；

所述声音采集器用于实时监听判断所述图像数据采集终端是否完成每一次的拍摄工作。

5.根据权利要求4所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述第一激光测距仪通过第一RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述第二激光测距仪通过第二RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述温度传感器通过第三RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述声音采集器通过第四RS485数据线与所述数据处理中心相连接。

6.根据权利要求3所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述伺服控制单元包括五个无线控制器以及与所述五个无线控制器对应连接的五个伺服电机；其中所述五个无线控制器中的每一个无线控制器包括整流稳流电路、ARM控制芯片和WiFi数据交换芯片，且所述整流稳流电路和所述WiFi数据交换芯片分别连接所述ARM控制芯片；

所述WiFi数据交换芯片用于接收所述数据处理中心反馈的所述步进脉冲数据；

所述ARM控制芯片通过所述整流稳流电路提供稳定的工作电源，用于将所述步进脉冲数据转换成对应伺服电机的运动指令。

7.根据权利要求1所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述数据处理中心还用于将所述局部图像数据进行数据重组处理与整体输出包括：创建色彩配置文件，针对所述局部图像数据指定批量ICC曲线的还原色标靶；

导入所述图像数据采集终端采集到的所有局部图像数据，根据所述还原色标靶执行自动批量的数据重组；

设定预输出图像的具体尺寸、精度和格式，对重组后的图像数据进行超高精度输出。

8.根据权利要求1所述的矩阵式采集超大画幅数字化系统，其特征在于，所述系统还包括精密轨道机械结构，所述伺服无线控制模块基于所述精密轨道机械结构的设置位置进行相关的工作。

说明书

一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统

技术领域

[0001] 本发明涉及文物图像采集领域，具体而言，涉及一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统。

背景技术

[0002] 当研究许多大型不可移动文物古迹时，需要精度为百亿像素分辨率的图像数据，使用高分辨率的数码图像数据采集终端进行数据化的手段很难达到研究需求，加上不可移动文物古迹的幅面过大，数码图像数据采集终端的工作距离不能满足工作开展的条件。由于不可移动文物古迹的工作面需要防损毁、非直接接触与无损光源控制，若利用传统的搭建行架进行人工分区局部拍摄再总体合成的方法，不仅费时费力，且存在数据不准的瑕疵，对文物古迹研究工作的进行造成阻碍。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统，解决在进行大型不可移动文物古迹的数据化图像采集时出现的工作距离不够、采集精度不高等问题，提高文物古迹的研究效率，保障研究工作的可持续化。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统，所述系统包括数据处理中心、伺服无线控制模块和图像数据采集终端；所述数据处理中心与所述伺服无线控制模块相连接，所述伺服无线控制模块的一端设置有所述图像数据采集终端；

[0005] 所述数据处理中心用于设定所述图像数据采集终端的运动轨迹，并基于所述运动轨迹对所述图像数据采集终端到被摄物体平面的距离数据进行分析计算，以输出步进脉冲数据；

[0006] 所述伺服无线控制模块用于基于所述步进脉冲数据，驱动所述图像数据采集终端按照所述运动轨迹进行三维运行与图像采集；

[0007] 所述图像数据采集终端用于对所述被摄物体平面进行矩阵分割采集，以获取各个局部图像数据；

[0008] 所述数据处理中心还用于将所述各个局部图像数据进行数据重组处理与整体输出。

[0009] 可选的，所述数据处理中心用于设定所述图像数据采集终端的运动轨迹包括：

[0010] 所述数据处理中心获取所述被摄物体平面的面积大小，根据所需的分辨率大小将所述被摄物体平面分割为N个矩阵画面；计算所述N个矩阵画面的中心点位置，并根据N个中心点位置设定所述图像数据采集终端的运动轨迹。

[0011] 可选的，所述伺服无线控制模块包括采集单元、WiFi传输单元与伺服控制单元；

[0012] 所述采集单元用于采集所述图像数据采集终端到所述被摄物体平面的位置距离，并监测所述图像数据采集终端的工作状态以及工作环境。

[0013] 所述WiFi传输单元为WiFi图像传输器，用于传输所述图像数据采集终端所采集到的各个局部图像数据；

[0014] 所述伺服控制单元用于控制所述图像数据采集终端与灯光组根据所述步进脉冲数据进行相应的位移。

[0015] 可选的，所述采集单元包括第一激光测距仪、第二激光测距仪、温度传感器和声音采集器；

[0016] 所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均用于根据设定的时间测量所述图像数据采集终端到所述被摄物体平面的距离数据；

[0017] 所述温度传感器用于实时记录当前拍摄环境下的温度；

[0018] 所述声音采集器用于实时监听判断所述图像数据采集终端是否完成每一次的拍摄工作。

[0019] 可选的，所述第一激光测距仪通过第一RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述第二激光测距仪通过第二RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述温度传感器通过第三RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述声音采集器通过第四RS485数据线与所述数据处理中心相连接。

[0020] 可选的，所述伺服控制单元包括五个无线控制器以及与所述五个无线控制器对应连接的五个伺服电机；其中所述五个无线控制器中的每一个无线控制器包括整流稳流电路、ARM控制芯片和WiFi数据交换芯片，且所述整流稳流电路和所述WiFi数据交换芯片分别连接所述ARM控制芯片；

[0021] 所述WiFi数据交换芯片用于接收所述数据处理中心反馈的所述步进脉冲数据；

[0022] 所述ARM控制芯片通过所述整流稳流电路提供稳定的工作电源，用于将所述步进脉冲数据转换成对应伺服电机的运动指令。

[0023] 可选的，所述数据处理中心还用于将所述局部图像数据进行数据重组处理与整体输出包括：

[0024] 创建色彩配置文件，针对所述局部图像数据指定批量ICC曲线的还原色标靶；

[0025] 导入所述图像数据采集终端采集到的所有局部图像数据，根据所述还原色标靶执行自动批量的数据重组；

[0026] 设定预输出图像的具体尺寸、精度和格式，对重组后的图像数据进行超高精度输出。

[0027] 可选的，所述系统还包括精密轨道机械结构，所述伺服无线控制模块基于所述精密轨道机械结构的设置位置进行相关的工作。

[0028] 在本发明实施例中，面对不可移动文物古迹幅面过大的情况时，提出具备多变性的精密轨道机械结构来解决图像数据采集终端的工作距离不足的难题，在此基础上，利用数据处理中心的精准计算能力，结合伺服无线控制模块的数据采集以及动作执行，将保证整个拍摄工作的有序性与高效性。所述拍摄系统的全自动运行功能，可数十倍地节省人工成本，且极大地降低人为造成的测量误差。针对不可移动文物古迹幅面的保护问题，所述拍摄系统采用长明灯作为控制光源来降低损毁风险，且各个模块与其工作面保持有一定的安全距离，将保障研究工作的可持续化进行。

附图说明

[0029] 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，显而易见的，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它的附图。

[0030] 图1是本发明实施例公开的利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统的结构组成示意图；

[0031] 图2是本发明实施例公开的利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统的具体结构组成示意图；

[0032] 图3是本发明实施例公开的无线控制器的内部结构组成示意图。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 请参阅图1至图2，图1是本发明实施例中的利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统的结构组成示意图，图2是本发明实施例中的利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统的具体结构组成示意图。

[0035] 本发明实施例提供了一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统，所述系统包括数据处理中心、伺服无线控制模块和图像数据采集终端；所述数据处理中心与所述伺服无线控制模块相连接，所述伺服无线控制模块的一端设置有所述图像数据采集终端。

[0036] 具体的，所述数据处理中心用于设定所述图像数据采集终端的运动轨迹，并基于所述运动轨迹对所述图像数据采集终端到被摄物体平面的距离数据进行分析计算，以输出步进脉冲数据；所述伺服无线控制模块用于基于所述步进脉冲数据，驱动所述图像数据采集终端按照所述运动轨迹进行三维运行与图像采集；所述图像数据采集终端用于对所述被摄物体平面进行矩阵分割采集，以获取各个局部图像数据；所述数据处理中心还用于将所述各个局部图像数据进行数据重组处理与整体输出。

[0037] 其中，所述图像数据采集终端包含有电动调焦镜头、内置的COMS数据采集器与外置的电控快门装置，所述COMS数据采集器为200纳米至1000纳米级别的图像采集芯片，控制精度高，易于实现2000亿像素的数据采集。在发明实施例中，由于输出图像的明暗程度决定于所述图像数据采集终端中的感光元件的实际感光时间，当感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，则输出信号的电流幅度也就越大，即输出图像效果越明亮；但是感光时间是有限的，目的在于保护所述感光元件不至于曝光受损，此处采用所述电控快门装置来决定感光时间的长短，使得拍摄弹性更高。

[0038] 进一步的，所述数据处理中心设定所述图像数据采集终端的运动轨迹包括：首先获取所述被摄物体平面的面积大小，根据所需的分辨率大小将所述被摄物体平面分割为N个矩阵画面；再计算所述N个矩阵画面的中心点位置，并根据N个中心点位置设定所述图像数据采集终端的运动轨迹。此过程是利用所述数据处理中心的强大的运算能力与自动规划能力。

[0039] 进一步的，所述伺服无线控制模块包括采集单元、WiFi传输单元与伺服控制单元。所述采集单元用于采集所述图像数据采集终端到所述被摄物体平面的位置距离，并监测所述图像数据采集终端的工作状态以及工作环境。所述WiFi传输单元为WiFi图像传输器，与所述图像数据采集终端相连接，用于传输所述图像数据采集终端所采集到的各个局部图像数据；所述伺服控制单元用于控制所述图像数据采集终端与灯光组根据所述步进脉冲数据进行相应的位移。

[0040] 进一步的，所述伺服控制单元包括五个无线控制器以及与所述五个无线控制器对应连接的五个伺服电机；即第一无线控制器连接第一伺服电机、第二无线控制器连接第二伺服电机、第三无线控制器连接第三伺服电机、第四无线控制器连接第四伺服电机、第五无线控制器连接第五伺服电机，以控制对应的伺服电机执行所述数据处理中心下发的相关运动指令。关于所述五个无线控制器和所述五个伺服电机的放置位置，本发明实施例通过在所述被摄物体平面的中轴线正前方、最右边正前方以及最左边正前方分别放置有一个支架，五个无线控制器分别固定在上述三个支架上，与所述被摄物体平面的正中心(第一无线控制器)、左上角(第二无线控制器)、右上角(第三无线控制器)、左下角(第四无线控制器)、右下角(第五无线控制器)互相对应。且所述灯光组包含有第一长明灯、第二长明灯、第三长明灯和第四长明灯，分别连接受控于设置在左上角、右上角、左下角、右下角的四个伺服电机，所述图像数据采集终端连接受控于设置在正中心的第一伺服电机。

[0041] 其中所述五个无线控制器中的每一个无线控制器包括整流稳流电路、ARM控制芯片和WiFi数据交换芯片，且所述整流稳流电路和所述WiFi数据交换芯片分别连接所述ARM控制芯片；所述WiFi数据交换芯片用于接收所述数据处理中心反馈的所述步进脉冲数据；所述ARM控制芯片通过所述整流稳流电路提供稳定的工作电源，用于将所述步进脉冲数据转换成对应伺服电机的运动指令。所述WiFi数据交换芯片可以在2G网络下进行数据的交换，且与所述数据处理中心按照一个固定的IP地址铰链，并通过该固定的IP地址进行定向的数据交换。所述WiFi数据交换芯片的设置，确保所述五个无线控制器能与所述数据处理中心建立独立的通信，以获得正确的运动信息，维持拍摄过程的有序性。

[0042] 在本发明实施例中，所述WiFi图像传输器的型号为LC329，采用美国进口工业级图像处理芯片，可控信号范围相对较广，低功耗且具备高转换效率，主要的优点在于可最大程度地保证图像在传输过程中的清晰度以及较高的色彩还原度。在不可移动文史古迹的研究工作中，更需要做到对所述图像数据采集终端所采集到的图像数据尽量无损地传输，所述WiFi图像传输器应用在所述拍摄系统中将提高拍摄成果的质量，从而确保文史古迹研究的可信度。

[0043] 进一步的，所述采集单元包括第一激光测距仪、第二激光测距仪、温度传感器和声音采集器；所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均用于根据设定的时间测量所述图像数据采集终端到所述被摄物体平面的距离数据；所述温度传感器用于实时记录当前拍摄环境下的温度；所述声音采集器用于实时监听判断所述图像数据采集终端是否完成每一次的拍摄工作。其中，上述两个激光测距仪分别设置在左右两个支架上，与所述被摄物体平面的右上角和左上角正对应且呈平行设置；所述温度传感器和所述声音采集器均设置在中间的支架上，靠近所述图像数据采集终端放置。

[0044] 需要说明的是，上述两个激光测距仪均采用型号为MYantenna-L2的可见激光测距传感器，通过对激光相位差的检测，感知目标物的距离，可以达到毫米级的分辨率，且温度适应能力强、漂移量较小，其高信噪比使得目标物的颜色、表面粗糙度和材质等对检测结果影响很小，是一款稳定、精准、偏室内应用的工业模块，符合不可移动文史古迹的室内测量要求。

[0045] 具体的，所述第一激光测距仪通过第一RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述第二激光测距仪通过第二RS485数据线与所述数据处理中心相连接，进行采集数据的定时传输，本发明实施例中设定每10纳秒采集一次数据。上述任意一个激光测距仪均采用激光相位法测距的工作原理，把连续的激光进行幅度调制，根据光在同一介质中传播速度一定，可知调制光的光强随时间做周期性变化。列举所述第一激光测距仪的投射器发射出一个激光脉冲信号，在所述被摄物体平面产生漫反射后沿几乎相同的路径反向传回所述第一激光测距仪中的接收器时，获取双向传播过程中的旅行时差，并记录投射角度来判断出点或线目标的相对位置。具体的求解过程如下所示：

[0046] 所述激光脉冲信号在所述被摄物体平面上产生反射后的旅行时差t为：

[0047] t＝2x/c   (1)

[0048] 根据式(1)，得到所述第一激光测距仪从发射信号到接收信号间产生的相位差为：

[0049]

[0050] 根据式(2)，得到所述第一激光测距仪到所述被摄物体平面的距离x为：

[0051]

[0052] 其中，c为所述激光脉冲信号的光速度，f为所述激光脉冲信号的调制波频率，π为常系数，N为完整周期波的个数， 为不足周期波的余相位，ΔN为不足周期波的个数。

[0053] 需要说明的是，由于所述第一激光测距仪所发出的激光不受所述灯光组所发出光源的影响，所述第一激光测距仪到所述被摄物体平面的距离实际上是所述第一激光测距仪到所述灯光组聚光照射中心点的距离，此时所述图像数据采集终端的COMS数据采集器正朝向该聚光点，根据所述第一激光测距仪采集到的距离x以及所述第一激光测距仪与所述图像数据采集终端之间的相对位置距离，利用勾股定理可计算出所述COMS数据采集器到所述被摄物体平面的距离数据。所述数据处理中心将根据所述距离数据与上一个测量得到的距离数据进行对比分析，优先判断所述图像数据采集终端是否偏离设定的运动轨迹，并根据所述五个伺服电机上标明的步距角参数以及驱动器细分数，利用所述距离数据计算输出所述五个伺服电机的下一个动作的步进脉冲数据。

[0054] 另外，由于激光测距仪的测量精度与发射的光束照射在所述被摄物体平面的光斑大小有关，激光的方向性很强但存在一定的散射，距离所述被摄物体平面较远时的照射光斑变大，将影响远距离远距离测量的精度，因此本发明提出在所述被摄物体平面的左上角和右上角的正前方均设置有一个激光测距仪，便于所述数据处理中心根据上述两个激光测距仪所测量的数据进行综合分析，提高所述拍摄系统运行的正确率。

[0055] 具体的，所述温度传感器通过第三RS485数据线与所述数据处理中心相连接，所述声音采集器通过第四RS485数据线与所述数据处理中心相连接。在本发明实施例中，通过所述温度传感器来时刻监测拍摄过程中存在的摄温因素，即在一个安全距离内测定所述被摄物体平面的表面温度是否存在明显的变化，便于及时做出相应的稳温措施以避免外在因素干扰。而所述声音采集器主要用来监听所述图像数据采集终端中的对焦环运动时发出的声音，以此来判断所述图像数据采集终端的每一次采集是否完成。

[0056] 进一步的，所述系统还包括精密轨道机械结构，所述伺服无线控制模块基于所述精密轨道机械结构的设置位置进行相关的工作。所述精密轨道机械结构在所述拍摄系统中相当于为其他模块提供一个固态运作平台，利用多变的碳钎维材料配合高精度不锈钢衔接器进行多段衔接，可以适应0.1平方米至20平方米的工作面的数据化工作，且在分段运输包装时主体结构可以控制在0.5立方米的包装箱中，随机随车托运，便于携带。

[0057] 本发明实施过程中，当所述图像采集终端完成每一次拍摄后，所述数据处理中心负责将接收到的各个局部图像数据进行数据重组处理与整体输出，具体包括：所述数据处理中心通过自带的显色纠偏软件SpyderCheckr，ColorCheckerPassport首先创建色彩配置文件，针对接收到的某一个局部图像指定批量ICC曲线的还原色标靶；再将接收到的所有局部图像数据导入Lightroom_Classic_CC软件，根据所述还原色标靶执行自动批量的数据重组；最后将重组后的图像数据导入ImageCompositeEditorV2.03软件，在设定预输出图像的具体尺寸、精度和格式后执行超高精度输出。本发明实施例不限制于使用上述的四个图像处理软件执行图像数据的重组处理，可使用其他同等效果的图像处理软件完成任务。

[0058] 在本发明实施例中，面对不可移动文物古迹幅面过大的情况时，提出具备多变性的精密轨道机械结构来解决图像数据采集终端的工作距离不足的难题，在此基础上，利用数据处理中心的精准计算能力，结合伺服无线控制模块的数据采集以及动作执行，将保证整个拍摄工作的有序性与高效性。所述拍摄系统的全自动运行功能，可数十倍地节省人工成本，且极大地降低人为造成的测量误差。针对不可移动文物古迹幅面的保护问题，所述拍摄系统采用长明灯作为控制光源来降低损毁风险，且各个模块与其工作面保持有一定的安全距离，将保障研究工作的可持续化进行。

[0059] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

[0060] 另外，以上对本发明实施例所提供的一种利用WiFi链接的矩阵式采集超大画幅数字化系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。