文物数字化存档与可视化分析系统

本发明涉及文物保护，尤其涉及文物数字化存档与可视化分析系统。

背景技术：

1、近年来，随着考古学和博物馆学的不断发展，文物的保护和研究受到了越来越多的关注。文物作为历史和文化的重要载体，具有不可替代的价值。为了更好地保护和研究文物，数字化技术逐渐被引入到文物保护领域。

2、现有技术在文物数字化存档和可视化分析方面已经取得了一定进展，但仍存在一些技术问题。首先，现有的文物数字化技术主要侧重于对文物外观的记录和展示，缺乏对文物多维度信息的全面分析。其次，现有的状态评估方法多依赖专家的主观判断，缺乏科学的量化分析手段，容易受到个人偏见的影响。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了文物数字化存档与可视化分析系统。

2、文物数字化存档与可视化分析系统，包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、三维建模模块、可视化分析模块以及智能分析模块，其中；

3、所述数据采集模块用于采集文物的图像数据和物理参数数据；

4、所述数据处理模块与所述数据采集模块连接，用于对采集到的图像数据和物理参数数据进行处理和校正；

5、所述数据存储模块与所述数据处理模块连接，用于存储处理后的图像数据和物理参数数据；

6、所述三维建模模块与所述数据存储模块连接，用于基于存储的数据构建文物的三维模型；

7、所述可视化分析模块与所述三维建模模块连接，用于对三维模型进行分析；

8、所述智能分析模块，用于分析文物状态，并对文物状态进行评级。

9、进一步的，所述数据采集模块包括图像采集单元和物理参数采集单元，其中；

10、所述图像采集单元具体包括：

11、多相机阵列：配置多个高分辨率相机围绕文物进行布置，每个相机从不同角度拍摄文物，以实现全方位、多角度图像采集；

12、旋转平台：将文物放置在旋转平台上，通过控制平台的旋转角度，使得单个相机从多个角度拍摄文物；

13、激光扫描辅助：在图像采集过程中，利用激光扫描仪对文物进行扫描，生成三维点云数据；

14、多光源照明：配置多个光源，从不同角度照射文物，以消除阴影和反射，提高图像的清晰度和细节表现；

15、高动态范围成像：通过多次不同曝光时间的拍摄，捕捉文物的高动态范围图像；

16、所述物理参数采集单元具体包括：

17、激光测距仪：用于测量文物的尺寸和形状；

18、三维扫描仪：利用三维扫描技术获取文物的形状和结构信息，三维扫描仪生成的点云数据用于构建文物的三维模型；

19、电子称：用于测量文物的重量，电子称精确到毫克级，确保重量数据的准确性；

20、光谱分析仪：用于分析文物的材质和化学成分，通过光谱分析技术，获取文物表面的光谱数据，包括漫反射系数、镜面反射系数和折射率，进而判断文物的材质构成和化学成分。

21、进一步的，所述数据处理模块包括图像数据处理和校正和物理参数处理和校正，其中；

22、图像数据处理和校正具体包括：

23、图像去噪：使用高斯滤波去除图像中的噪声，提高图像的清晰度和质量；

24、图像校正：对相机镜头畸变和拍摄角度引起的图像几何畸变进行几何校正；

25、颜色校正：对光源变化导致的颜色失真进行校正，使用白平衡调整算法，确保图像颜色的真实还原；

26、图像拼接：对于多角度拍摄的图像，使用图像融合将不同角度的图像拼接成全景图像，生成完整的文物图像，确保无缝拼接和一致性；

27、图像增强：使用直方图均衡化提升图像的细节和对比度，增强图像的视觉效果和细节表现；

28、所述物理参数处理和校正具体包括：

29、数据校正：对采集到的物理参数数据(如尺寸、重量、材质等)进行线性校正，消除误差；

30、数据转换：将不同测量单位的物理参数数据转换为统一的单位，确保数据的一致性；

31、数据去重和补全：对重复的物理参数数据进行去重，保留完整的参数数据，使用插值法对缺失的物理参数数据进行补全。

32、进一步的，所述数据存储模块具体包括：

33、数据接收：从数据处理模块接收处理后的图像数据和物理参数数据；

34、数据格式化：将图像数据格式化为jpeg图像文件格式，将物理参数数据格式化为结构化数据格式，如csv或json；

35、数据存储：图像数据以文件形式存储，创建文件目录结构，根据日期(年/月/日)组织图像文件，例如，将图像文件存储在/images/2024/06/20/目录下，使用uuid作为文件名，将图像数据保存到对应的目录中，确保文件的唯一性和可检索性，物理参数数据存储在关系型数据库中(如mysql)，建立数据库表结构，包括文物基本信息表和物理参数表，文物基本信息表用于存储文物的基本信息，如名称、类别、描述和采集日期，物理参数表用于存储与文物相关的物理参数，如尺寸、重量和材质；

36、元数据管理：建立一个元数据表，用于存储图像文件的路径和相关的文物id，在元数据表中插入记录，关联图像文件路径和文物id，确保图像数据与物理参数数据之间的关联性；

37、数据索引和检索：在数据库表中为检索字段建立索引，如文物名称、类别和文物id，建立数据检索功能，包括根据文物名称或类别检索文物的基本信息、根据文物id检索与之相关的物理参数数据以及根据文物id检索存储的图像文件路径，通过元数据表获取图像文件的存储位置；

38、数据备份和恢复：定期进行备份，采用全量备份和增量备份策略，备份数据存储在本地磁盘或云端存储服务中，确保数据安全，制定数据恢复策略，确保在数据丢失或损坏时能够快速恢复。

39、进一步的，所述三维建模模块具体包括：

40、数据获取：从数据存储模块中提取用于三维建模的图像数据和物理参数数据(如尺寸、形状、材质)；

41、特征提取和匹配：从图像数据中提取特征点，并进行特征匹配，使用特征点检测算法(如sift)从每张图像中提取特征点，利用最近邻搜索算法将不同视角图像中的特征点进行匹配，建立特征点之间的对应关系；

42、三维点云生成：利用特征匹配结果，生成文物的三维点云数据，根据图像之间的特征点匹配关系，使用多视图立体匹配算法(如structure from motion，sfm)重建三维点云；

43、三维模型构建：基于三维点云数据，构建文物的三维模型，使用表面重建算法(如delaunay三角化)将三维点云数据转化为三角网格模型，将图像映射到三角网格模型上，生成带有纹理的三维模型；

44、模型保存：将三维模型保存为三维文件格式(如obj、stl、ply等)，并存储在关系型数据库中。

45、进一步的，所述可视化分析模块具体包括：

46、数据获取：从三维建模模块获取生成的三维模型数据；

47、模型加载：加载三维模型数据至可视化分析模块中，提取顶点、边、面和纹理信息；

48、模型分析：对三维模型进行几何分析和材质特征分析，包括表面积计算、体积计算、曲率分析以及材质属性分析；

49、可视化渲染：使用3d渲染技术对文物三维模型进行可视化展示，并显示文物信息，包括文物表面积、体积和材质；

50、用户交互：提供用户与三维模型交互的功能，包括旋转、缩放和平移，方便用户从不同角度查看文物的三维模型。

51、进一步的，所述智能分析模块，用于分析文物状态，具体包括：

52、数据收集与预处理：收集和整理与文物相关的多维度数据，包括历史数据、市场数据、文物特征数据和专家评估数据，并对收集的多维度数据进行预处理，包括数据清洗、数据标准化以及特征提取；

53、线性回归模型构建：利用线性回归技术，构建文物状态分析模型，文物状态分析模型用于预测文物的保存状态，线性回归模型计算为：

54、y＝β0+β1x1+β2x2+…+βnxn+∈，其中，y为预测的文物市场价值，xi为文物的特征变量(如年代、材质、尺寸等)，βi为特征变量的回归系数，β0为截距项，∈为误差项；

55、模型训练：选择与文物状态相关的特征变量，包括年代、材质和尺寸，将数据集分为训练集和测试集，使用训练集数据进行模型训练，使用测试集数据验证模型的预测精度，计算均方误差和决定系数；

56、文物状态分析：基于文物状态分析模型，预测文物的保存状态，计算为：

57、其中，为预测的文物保存状态；

58、分析文物的历史和文化价值，利用回归系数的大小和符号，判断各特征对文物本体的影响。

59、进一步的，所述对文物进行评级具体包括：

60、综合评分：基于文物状态分析结果，计算文物的综合评分，计算为：

61、s＝w1v1+w2v2+…+wnvn，其中，s为综合评分，vi为各维度信息评分，wi为权重；

62、等级划分：根据综合评分，将文物状态划分为不同等级，如好、较好和一般。

63、进一步的，所述利用回归系数的大小和符号，判断各特征对文物本体的影响具体包括：

64、计算回归系数：通过线性回归模型计算每个特征变量的回归系数；

65、线性回归的回归系数通过正规方程法直接求解，设x为特征矩阵，y为目标向量，β为回归系数向量，则：y＝xβ+∈；

66、正规方程的形式为：β＝(xtx)-1xty，x为特征矩阵，形状为m×(n+1)，其中m是样本数量，n是特征数量(包括截距项)，y为目标向量，形状为m×1，β为回归系数向量，形状为(n+1)×1

67、分析回归系数大小：回归系数的绝对值越大，说明该特征对文物本体的影响越大；

68、分析回归系数符号：回归系数为正值，说明该特征对文物状态有正向影响；回归系数为负值，说明该特征对文物状态有负向影响。

69、本发明的有益效果：

70、本发明通过线性回归技术，构建文物状态分析模型，整合文物的历史数据、价值数据、文物特征数据和专家评估数据，形成多维度的综合分析体系。文物状态分析模型能够客观地评估各特征对文物本体的影响，通过回归系数的大小和符号，量化不同特征对文物保存状态的贡献度。相比传统的单一维度和专家主观评估方法，显著提高了文物保存状态评估的科学性和客观性，减少了人为偏见的影响。

71、本发明通过数据存储模块，高效管理和存储处理后的图像数据和物理参数数据。确保数据的完整性和安全性。数据库中的数据经过索引处理，支持快速检索和查询，大大提高了数据访问效率。通过多种备份策略，确保数据的安全性和可恢复性。

72、本发明的可视化分析模块能够对三维模型进行精细化的渲染和展示。通过几何特征分析和材质特征分析，用户可以从不同角度和层次全面了解文物的特性和价值。系统还支持交互式操作，用户可以自由旋转、缩放和平移三维模型，直观地查看文物的各个细节。

技术特征：

1.文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、三维建模模块、可视化分析模块以及智能分析模块，其中；

2.根据权利要求1所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述数据采集模块包括图像采集单元和物理参数采集单元，其中；

3.根据权利要求2所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述数据处理模块包括图像数据处理和校正和物理参数处理和校正，其中；

4.根据权利要求3所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述数据存储模块具体包括：

5.根据权利要求4所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述三维建模模块具体包括：

6.根据权利要求5所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述可视化分析模块具体包括：

7.根据权利要求1所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述智能分析模块，用于分析文物保存状态，具体包括：

8.根据权利要求7所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述对文物状态进行分析，具体包括：

9.根据权利要求7所述的文物数字化存档与可视化分析系统，其特征在于，所述利用回归系数的大小和符号，判断各特征对文物本体的影响具体包括：

技术总结
本发明涉及文物保护技术领域，具体涉及文物数字化存档与可视化分析系统，包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、三维建模模块、可视化分析模块以及智能分析模块，数据采集模块采集文物的图像数据和物理参数数据，数据处理模块对采集到的数据进行处理和校正，数据存储模块存储处理后的图像数据和物理参数数据，三维建模模块构建文物的三维模型，可视化分析模块对三维模型进行分析，智能分析模块对文物状态进行分析。本发明通过线性回归技术，构建文物状态分析模型，文物状态分析模型能够客观地评估各特征对文物本体的影响，相比传统的单一维度和专家主观评估方法，显著提高了文物保存状态评估的科学性和客观性，减少了人为偏见的影响。

技术研发人员：吴广,廖军,刘礼
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5