石窟寺文物近景摄影测量三维数字化采集规程.docx

石窟寺文物近景摄影测量三维数字化采集规程.docx

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石窟寺文物近景摄影测量三维数字化采集规程

石窟寺文物近景摄影测量三维数字化采集规程

1前  言

2

本规程起草规则依据GB/T1.1-2009。

本规程由山西省文物局提出并归口。

本规程由云冈石窟研究院负责编写，参编单位有浙江大学、武汉大学、北京建筑大学、山西云冈数字科技有限公司、大同市勘察测绘院。

本规程的主要起草人：

张焯、卢继文、宁波、刁常宇、黄先锋、何勇、欧阳盼、卿照、吴邵明、谷立鹏、周宇超、崔晓霞。

1范围

本标准规定了石窟寺文物三维数字化工作中的基本术语。

本标准适用于石窟寺内部文物数字化工作中的技术设计与施工方案。

2规范性引用文件

下列文件对于本应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改版）适用于本文件。

中华人民共和国文物保护法（2017）；

田野考古工作规程修订版（2009）；

GB/T18314-2009全球定位系统（GPS）测量规范；

GB/T12898-2009国家三、四等水准测量规范；

GB/T15314-1994精密工程测量规范；

GB/T14950-2009摄影测量与遥感术语；

GB/T50103-2010总图制图标准（附条文说明）；

GB/T17941-2008数字测绘成果质量要求；

GB/T18316-2008数字测绘成果质量检查与验收；

GB/T24356-2009测绘成果质量检查与验收；

GB/T18894-2016电子文件归档与管理规范；

CH/T9016-2012三维地理信息模型生产规范；

CH/T1004测绘技术设计规定；

JJG100全站型电子速测仪检定规程；

CJJ/T73卫星定位城市测量技术规范；

JJG2101数字水准仪检定规程；

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1石窟寺

石窟寺是开凿于山崖上的佛教洞窟，俗称千佛洞，是佛教文化东传的历史产物，集中代表了佛教的建筑艺术、雕塑艺术和壁画艺术的辉煌成就。

3.2近景摄影测量

近景摄影测量是指利用对物距不大于300m的目标物摄取的立体像对进行的摄影测量。

3.3数字化采集

运用三维技术设备对文物本体进行数据获取的过程。

3.4点云

以离散方式分布在三维空间中的点的集合。

3.5点云密度pointclouddensity

单位体积上点的平均数量。

3.6点间距distancebetweenpoints

点云中相邻两点之间的距离。

3.7纹理模型texturedmodel

带有纹理信息的三维实体表面模型。

3.8数字正射影像

利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片、遥感影像（单色/彩色），经逐个象元进行投影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。

4基本要求

4.1平面基准

平面基准宜采用2000国家坐标系，采用地方坐标系时应与国家坐标系联测。

4.2高程基准

高程基准宜采用1985国家高程基准,采用地方高程基准时应与国家坐标系联测。

4.3时间基准

地面三维激光扫描作业及产品涉及的日期宜采用公元纪年，时间应采用北京时间。

4.4精度指标

空间点位相对精度（mm）以中误差衡量，取两倍中误差为限差。

空间点位相对精度是指点云中两点之间的距离与实际量测距离的较差。

4.5数据格式要求

各种成果输出的格式应遵循表1的规定：

表1成果数据格式

数据类型

数据格式

点云

.txt,.xyz,.pts,.ptx，.obj等

控制点，标靶点

.txt,.xyz,.pts,.ptx，.obj等

纹理模型

.3ds、.obj、.igs等

数字正射影像

.tiff、.jpg、.tga、.png等

视频数据

.wma、.avi、.mp4、.mpeg等

5前期准备

5.1技术设计

技术设计应根据采集要求，结合已有资料、实地察勘情况及相关的技术规范，编制技术设计书。

技术设计书的编写体例应符合现行行业标准CH/T1004的规定。

技术设计书的主要内容应包括：

工作范围、工作内容、仪器配置、工作流程、成果技术指标和规格。

5.2仪器检校

5.2.1总体要求

应按技术设计书中的仪器配置要求，准备相应符合要求的仪器设备及附属设备，并保证在检校合格有效期内。

应对所选用软件是否满足预期用途的能力进行确认。

5.2.2近景摄影测量重建软件的精度指标

根据技术设计书的精度选择适宜的近景摄影测量三维重建软件。

5.2.3数码相机检查

能够正常拍摄图像，内存卡容量应充足；外置同轴相机需进行参数校正。

5.2.4全站仪检验

全站仪设备按照现行JJG100规定的要求进行作业前的检验。

5.2.5GNSS接收设备检验

GNSS接收设备应按现行行业标准CJJ/T73的规定要求进行作业前的检验。

5.2.6水准仪的检验

水准仪设备应按现行测绘地理信息计量检定规程JJG2101的规定要求进行作业前的检验。

6数据采集

6.1数据采集与处理流程

图1石窟寺文物近景摄影测量三维重建作业总体流程图

6.2测绘作业

具体测量作业流程参照《GB50026-2007工程测量规范》进行。

为保证基于多图像的三维重建作业分组数据的拼接和精度控制需要，在测量时选点需要注意以下几方面：

a）测绘作业可与影像采集作业同时进行，关键控制点的选取结合影像采集人员的具体需求；

b）选点是控制洞窟形制和分组采集数据拼接的关键结构点；

c）轮廓清晰醒目、坚固，便于确认和识别；

d）点位分布均匀合理，数量能满足数据拼接和平差的需要，必要的时候可以增加控制点数量；

e）每测取一个点都应该拍摄一张相应的照片记录，并将测点在照片上标识，并记录其测点编号。

6.3近景摄影测量三维重建原始图像数据采集

在理想状态下，近景摄影测量三维重建数据宜围绕整个需要采集的场景均匀的拍摄若干照片，使整个场景中的相关内容能多角度、全方位的在图像上予以采集，确保数据除了客观因素的影响外，能尽可能重建全整个场景的三维模型。

6.3.1图像采集路线的设计

采集路线的设计需结合采集对象的实际情况灵活考虑，没有硬性规定。

但总的原则是：

为了更系统、有效、方便的采集完相关数据，并且有利于后期数据的的检查。

若信息采集区域过大，可灵活的进行分组采集，最后将分组数据进行拼接。

6.3.2图像采集角度和焦距的结合

多角度对整个场景进行覆盖拍摄，避免拍摄死角，使部分区域不能重建出来，出现点云空洞的情况。

同一个相机位置点拍摄的照片，既有局部精细外观的介绍，又有整体全局性的交代。

6.3.3图像数据现场检查的要求

（1）前期采集和后期处理者交替检查

数据的前期采集者宜与数据的后期处理者在工作现场对所采集的数据进行交替检查，以避免相同画面容易造成采集人员的视觉疲劳。

所以原始图像数据在现场采集完后应进行现场检查。

若图像数量不够或是需要补拍，则需信息采集人员重拍或者补充拍摄。

（2）图像清晰度

在原始分辨率下能够完整分辨信息采集区域采集对象的细节。

所获取的图像需具有均匀一致的清晰度，不得存在因镜头失焦、光线衍射等原因导致的局部模糊等现象。

6.4原始图像数据计算前预处理

6.4.1颜色还原性

在后期处理工作中，一般使用专业图像处理软件进行图像的色彩调节。

6.4.2现场检查要素的复查

在对计算前的图像预处理时，同样需要逐一检查图像的失焦情况。

同时，应整体调节图像的曝光和色彩，使所有图像的色彩均匀、曝光统一。

6.4.3计算数据的格式

根据软件所支持的格式自行选择，但使用从RAW格式转存的JPEG格式图片（按照最佳画质保存）进行计算效果要明显优于直接相机里拍摄的JPEG格式图片，使用TIFF格式计算则又明显优于JPEG格式。

7数据处理

7.1点云数据处理

a）数据预处理内容包括点云数据拼接与误差改正、点云数据坐标系转换、点云数据降噪与抽稀处理；

b）数据预处理软件选择：

1）点云数据拼接与误差改正、点云数据坐标系转换宜采用相关专业软件；

2）点云数据降噪与抽稀宜采用满足项目设计要求的专业点云数据处理软件。

7.2点云数据拼接与误差改正

点云数据拼接宜结合数据采集情况和技术设计要求,可选择直接拼接法和间接拼接法。

点云的站间拼接精度≤2mm。

7.3点云数据坐标系转换

根据项目需要将拼接后的点云数据转换到成果坐标系，应采用不少于4对已知点，解算两坐标系统之间的转换参数，将点云数据转换至成果坐标系统。

7.4点云数据降噪与抽稀

a）点云数据中存在脱离采集对象的异常点、孤立点，应采用滤波方法进行点云数据降噪处理；

b）根据处理点云的软硬件条件和项目需要，对点云数据抽稀应符合下列规定：

1）宜采用均匀抽稀，设定统一密度进行抽稀；

2）保持特征的抽稀，根据法向量变化和曲率识别特征区域，自适应进行抽稀，抽稀后点云在比较平坦的地方（法向量近似平行）保留较少的点，在表面曲率较大的地方保留较多的点。

8成果制作

8.1数字正射影像要求

a）数字正射影像图的作业流程应包括点云正摄纠正、图像数据预处理、构建三角网、纹理映射、图像输出、图像融合、图像裁切等过程；

b）正射影像图应无明显配准痕迹，图像色彩应接近真彩色，纹理应清晰，色调应均匀，反差应适中；

c）图像输出时应考虑最终成果的比例尺，分辨率不应小于75dpi；

d）截屏输出的正射影像必须保证放大的倍数一致，并且相邻两张图像有不少于25%的重叠区域；

e）正射影像图宜以TIFF格式存储。

8.2平面图、立面图、剖面图制作要求

a）平面图、立面图、剖面图制作应符合GB/T50001-2001和GB/T50104-2010、GB/T50103-2001相关规定；

b）剖面图宜采用点云切片方式绘制，使切片点云投影到平面，基于投影点云描绘；

c）由于点云采集不全，无法准确获取结构尺寸时，对于目标物交接关系明确的，可根据露明部分尺寸推算隐蔽尺寸，反推算的结果应特别说明；

d）平面图、立面图、剖面图的结构尺寸应实地检核，较差应不大于1cm；

e）基于数字正射影像绘制某一比例尺的平面图、立面图，依据的正射影像的比例尺不应小于绘制比例尺的2倍。

9质量检查

各成果的质量检查与验收应符合GB/T-24356及GB/T18316的规定，同时满足技术设计书的要求。

按照本规范规定的技术要求和技术指标对数据质量和影像质量进行检查。

9.1有效覆盖区域

点云扫描覆盖率≥90%；

9.2点间距

点云采样间距≤2mm；

9.3分组数据拼接重叠度

分组数据拼接重叠度≥30%。