本發(fā)明涉及文物保護(hù)，尤其涉及文物數(shù)字化存檔與可視化分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著考古學(xué)和博物館學(xué)的不斷發(fā)展，文物的保護(hù)和研究受到了越來越多的關(guān)注。文物作為歷史和文化的重要載體，具有不可替代的價值。為了更好地保護(hù)和研究文物，數(shù)字化技術(shù)逐漸被引入到文物保護(hù)領(lǐng)域。

2、現(xiàn)有技術(shù)在文物數(shù)字化存檔和可視化分析方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些技術(shù)問題。首先，現(xiàn)有的文物數(shù)字化技術(shù)主要側(cè)重于對文物外觀的記錄和展示，缺乏對文物多維度信息的全面分析。其次，現(xiàn)有的狀態(tài)評估方法多依賴專家的主觀判斷，缺乏科學(xué)的量化分析手段，容易受到個人偏見的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述目的，本發(fā)明提供了文物數(shù)字化存檔與可視化分析系統(tǒng)。

2、文物數(shù)字化存檔與可視化分析系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、三維建模模塊、可視化分析模塊以及智能分析模塊，其中；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集文物的圖像數(shù)據(jù)和物理參數(shù)數(shù)據(jù)；

4、所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，用于對采集到的圖像數(shù)據(jù)和物理參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和校正；

5、所述數(shù)據(jù)存儲模塊與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接，用于存儲處理后的圖像數(shù)據(jù)和物理參數(shù)數(shù)據(jù)；

6、所述三維建模模塊與所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接，用于基于存儲的數(shù)據(jù)構(gòu)建文物的三維模型；

7、所述可視化分析模塊與所述三維建模模塊連接，用于對三維模型進(jìn)行分析；

8、所述智能分析模塊，用于分析文物狀態(tài)，并對文物狀態(tài)進(jìn)行評級。

9、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括圖像采集單元和物理參數(shù)采集單元，其中；

10、所述圖像采集單元具體包括：

11、多相機陣列：配置多個高分辨率相機圍繞文物進(jìn)行布置，每個相機從不同角度拍攝文物，以實現(xiàn)全方位、多角度圖像采集；

12、旋轉(zhuǎn)平臺：將文物放置在旋轉(zhuǎn)平臺上，通過控制平臺的旋轉(zhuǎn)角度，使得單個相機從多個角度拍攝文物；

13、激光掃描輔助：在圖像采集過程中，利用激光掃描儀對文物進(jìn)行掃描，生成三維點云數(shù)據(jù)；

14、多光源照明：配置多個光源，從不同角度照射文物，以消除陰影和反射，提高圖像的清晰度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)；

15、高動態(tài)范圍成像：通過多次不同曝光時間的拍攝，捕捉文物的高動態(tài)范圍圖像；

16、所述物理參數(shù)采集單元具體包括：

17、激光測距儀：用于測量文物的尺寸和形狀；

18、三維掃描儀：利用三維掃描技術(shù)獲取文物的形狀和結(jié)構(gòu)信息，三維掃描儀生成的點云數(shù)據(jù)用于構(gòu)建文物的三維模型；

19、電子稱：用于測量文物的重量，電子稱精確到毫克級，確保重量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

20、光譜分析儀：用于分析文物的材質(zhì)和化學(xué)成分，通過光譜分析技術(shù)，獲取文物表面的光譜數(shù)據(jù)，包括漫反射系數(shù)、鏡面反射系數(shù)和折射率，進(jìn)而判斷文物的材質(zhì)構(gòu)成和化學(xué)成分。

21、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像數(shù)據(jù)處理和校正和物理參數(shù)處理和校正，其中；

22、圖像數(shù)據(jù)處理和校正具體包括：

23、圖像去噪：使用高斯濾波去除圖像中的噪聲，提高圖像的清晰度和質(zhì)量；

24、圖像校正：對相機鏡頭畸變和拍攝角度引起的圖像幾何畸變進(jìn)行幾何校正；

25、顏色校正：對光源變化導(dǎo)致的顏色失真進(jìn)行校正，使用白平衡調(diào)整算法，確保圖像顏色的真實還原；

26、圖像拼接：對于多角度拍攝的圖像，使用圖像融合將不同角度的圖像拼接成全景圖像，生成完整的文物圖像，確保無縫拼接和一致性；

27、圖像增強：使用直方圖均衡化提升圖像的細(xì)節(jié)和對比度，增強圖像的視覺效果和細(xì)節(jié)表現(xiàn)；

28、所述物理參數(shù)處理和校正具體包括：

29、數(shù)據(jù)校正：對采集到的物理參數(shù)數(shù)據(jù)(如尺寸、重量、材質(zhì)等)進(jìn)行線性校正，消除誤差；

30、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將不同測量單位的物理參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的單位，確保數(shù)據(jù)的一致性；

31、數(shù)據(jù)去重和補全：對重復(fù)的物理參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行去重，保留完整的參數(shù)數(shù)據(jù)，使用插值法對缺失的物理參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行補全。

32、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)存儲模塊具體包括：

33、數(shù)據(jù)接收：從數(shù)據(jù)處理模塊接收處理后的圖像數(shù)據(jù)和物理參數(shù)數(shù)據(jù)；

34、數(shù)據(jù)格式化：將圖像數(shù)據(jù)格式化為jpeg圖像文件格式，將物理參數(shù)數(shù)據(jù)格式化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式，如csv或json；

35、數(shù)據(jù)存儲：圖像數(shù)據(jù)以文件形式存儲，創(chuàng)建文件目錄結(jié)構(gòu)，根據(jù)日期(年/月/日)組織圖像文件，例如，將圖像文件存儲在/images/2024/06/20/目錄下，使用uuid作為文件名，將圖像數(shù)據(jù)保存到對應(yīng)的目錄中，確保文件的唯一性和可檢索性，物理參數(shù)數(shù)據(jù)存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中(如mysql)，建立數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，包括文物基本信息表和物理參數(shù)表，文物基本信息表用于存儲文物的基本信息，如名稱、類別、描述和采集日期，物理參數(shù)表用于存儲與文物相關(guān)的物理參數(shù)，如尺寸、重量和材質(zhì)；

36、元數(shù)據(jù)管理：建立一個元數(shù)據(jù)表，用于存儲圖像文件的路徑和相關(guān)的文物id，在元數(shù)據(jù)表中插入記錄，關(guān)聯(lián)圖像文件路徑和文物id，確保圖像數(shù)據(jù)與物理參數(shù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性；

37、數(shù)據(jù)索引和檢索：在數(shù)據(jù)庫表中為檢索字段建立索引，如文物名稱、類別和文物id，建立數(shù)據(jù)檢索功能，包括根據(jù)文物名稱或類別檢索文物的基本信息、根據(jù)文物id檢索與之相關(guān)的物理參數(shù)數(shù)據(jù)以及根據(jù)文物id檢索存儲的圖像文件路徑，通過元數(shù)據(jù)表獲取圖像文件的存儲位置；

38、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)：定期進(jìn)行備份，采用全量備份和增量備份策略，備份數(shù)據(jù)存儲在本地磁盤或云端存儲服務(wù)中，確保數(shù)據(jù)安全，制定數(shù)據(jù)恢復(fù)策略，確保在數(shù)據(jù)丟失或損壞時能夠快速恢復(fù)。

39、進(jìn)一步的，所述三維建模模塊具體包括：

40、數(shù)據(jù)獲?。簭臄?shù)據(jù)存儲模塊中提取用于三維建模的圖像數(shù)據(jù)和物理參數(shù)數(shù)據(jù)(如尺寸、形狀、材質(zhì))；

41、特征提取和匹配：從圖像數(shù)據(jù)中提取特征點，并進(jìn)行特征匹配，使用特征點檢測算法(如sift)從每張圖像中提取特征點，利用最近鄰搜索算法將不同視角圖像中的特征點進(jìn)行匹配，建立特征點之間的對應(yīng)關(guān)系；

42、三維點云生成：利用特征匹配結(jié)果，生成文物的三維點云數(shù)據(jù)，根據(jù)圖像之間的特征點匹配關(guān)系，使用多視圖立體匹配算法(如structure?from?motion，sfm)重建三維點云；

43、三維模型構(gòu)建：基于三維點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建文物的三維模型，使用表面重建算法(如delaunay三角化)將三維點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三角網(wǎng)格模型，將圖像映射到三角網(wǎng)格模型上，生成帶有紋理的三維模型；

44、模型保存：將三維模型保存為三維文件格式(如obj、stl、ply等)，并存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。

45、進(jìn)一步的，所述可視化分析模塊具體包括：

46、數(shù)據(jù)獲取：從三維建模模塊獲取生成的三維模型數(shù)據(jù)；

47、模型加載：加載三維模型數(shù)據(jù)至可視化分析模塊中，提取頂點、邊、面和紋理信息；

48、模型分析：對三維模型進(jìn)行幾何分析和材質(zhì)特征分析，包括表面積計算、體積計算、曲率分析以及材質(zhì)屬性分析；

49、可視化渲染：使用3d渲染技術(shù)對文物三維模型進(jìn)行可視化展示，并顯示文物信息，包括文物表面積、體積和材質(zhì)；

50、用戶交互：提供用戶與三維模型交互的功能，包括旋轉(zhuǎn)、縮放和平移，方便用戶從不同角度查看文物的三維模型。

51、進(jìn)一步的，所述智能分析模塊，用于分析文物狀態(tài)，具體包括：

52、數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理：收集和整理與文物相關(guān)的多維度數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)、文物特征數(shù)據(jù)和專家評估數(shù)據(jù)，并對收集的多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以及特征提?。?/p>

53、線性回歸模型構(gòu)建：利用線性回歸技術(shù)，構(gòu)建文物狀態(tài)分析模型，文物狀態(tài)分析模型用于預(yù)測文物的保存狀態(tài)，線性回歸模型計算為：

54、y＝β0+β1x1+β2x2+…+βnxn+∈，其中，y為預(yù)測的文物市場價值，xi為文物的特征變量(如年代、材質(zhì)、尺寸等)，βi為特征變量的回歸系數(shù)，β0為截距項，∈為誤差項；

55、模型訓(xùn)練：選擇與文物狀態(tài)相關(guān)的特征變量，包括年代、材質(zhì)和尺寸，將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和測試集，使用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，使用測試集數(shù)據(jù)驗證模型的預(yù)測精度，計算均方誤差和決定系數(shù)；

56、文物狀態(tài)分析：基于文物狀態(tài)分析模型，預(yù)測文物的保存狀態(tài)，計算為：

57、其中，為預(yù)測的文物保存狀態(tài)；

58、分析文物的歷史和文化價值，利用回歸系數(shù)的大小和符號，判斷各特征對文物本體的影響。

59、進(jìn)一步的，所述對文物進(jìn)行評級具體包括：

60、綜合評分：基于文物狀態(tài)分析結(jié)果，計算文物的綜合評分，計算為：

61、s＝w1v1+w2v2+…+wnvn，其中，s為綜合評分，vi為各維度信息評分，wi為權(quán)重；

62、等級劃分：根據(jù)綜合評分，將文物狀態(tài)劃分為不同等級，如好、較好和一般。

63、進(jìn)一步的，所述利用回歸系數(shù)的大小和符號，判斷各特征對文物本體的影響具體包括：

64、計算回歸系數(shù)：通過線性回歸模型計算每個特征變量的回歸系數(shù)；

65、線性回歸的回歸系數(shù)通過正規(guī)方程法直接求解，設(shè)x為特征矩陣，y為目標(biāo)向量，β為回歸系數(shù)向量，則：y＝xβ+∈；

66、正規(guī)方程的形式為：β＝(xtx)-1xty，x為特征矩陣，形狀為m×(n+1)，其中m是樣本數(shù)量，n是特征數(shù)量(包括截距項)，y為目標(biāo)向量，形狀為m×1，β為回歸系數(shù)向量，形狀為(n+1)×1

67、分析回歸系數(shù)大小：回歸系數(shù)的絕對值越大，說明該特征對文物本體的影響越大；

68、分析回歸系數(shù)符號：回歸系數(shù)為正值，說明該特征對文物狀態(tài)有正向影響；回歸系數(shù)為負(fù)值，說明該特征對文物狀態(tài)有負(fù)向影響。

69、本發(fā)明的有益效果：

70、本發(fā)明通過線性回歸技術(shù)，構(gòu)建文物狀態(tài)分析模型，整合文物的歷史數(shù)據(jù)、價值數(shù)據(jù)、文物特征數(shù)據(jù)和專家評估數(shù)據(jù)，形成多維度的綜合分析體系。文物狀態(tài)分析模型能夠客觀地評估各特征對文物本體的影響，通過回歸系數(shù)的大小和符號，量化不同特征對文物保存狀態(tài)的貢獻(xiàn)度。相比傳統(tǒng)的單一維度和專家主觀評估方法，顯著提高了文物保存狀態(tài)評估的科學(xué)性和客觀性，減少了人為偏見的影響。

71、本發(fā)明通過數(shù)據(jù)存儲模塊，高效管理和存儲處理后的圖像數(shù)據(jù)和物理參數(shù)數(shù)據(jù)。確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)經(jīng)過索引處理，支持快速檢索和查詢，大大提高了數(shù)據(jù)訪問效率。通過多種備份策略，確保數(shù)據(jù)的安全性和可恢復(fù)性。

72、本發(fā)明的可視化分析模塊能夠?qū)θS模型進(jìn)行精細(xì)化的渲染和展示。通過幾何特征分析和材質(zhì)特征分析，用戶可以從不同角度和層次全面了解文物的特性和價值。系統(tǒng)還支持交互式操作，用戶可以自由旋轉(zhuǎn)、縮放和平移三維模型，直觀地查看文物的各個細(xì)節(jié)。