中国科学家用机器人给兵马俑画像

时间:2022-07-07 11:13:55  来源:新华社

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中国科学家用机器人给兵马俑画像

旋转环绕180度,一键式自动扫描,数分钟后,一尊兵马俑的形状与纹理数据采集、合成就已完成。在位于古都西安市的西北大学,机器人正替代人工手持扫描,对珍贵文物进行画像并留存。

这种机器人学名为文物外观快速采集建模装置,是中国科学家利用机器视觉、机械臂等技术,花费1年时间研发而成。研发者是西北大学教师许阳,其博士毕业于北京航空航天大学仪器光电学院,从事过火箭、飞机的视觉测量技术研究。他将常用于航空航天制造领域的机械臂技术引入文物保护工作。

“机械臂最主要的作用是替代人工进行数据采集。我们使用的机械臂长度达到1.5米,能使文物的数字化采集具备自动化和人工干预少的显著优势。”许阳说。

他介绍,这款机器人的“眼睛”由结构光三维扫描仪与高分辨率彩色相机构成,名为文物外观数据采集模块。它的机械臂则类似于躯体,大直径旋转平台形同双脚。采集过程中,承载了文物外观数据采集模块的机械臂,布置在旋转平台两侧,通过各自环绕文物旋转180度,实现文物外观数据的完整采集。

“通过条纹投射器向文物表面投射结构光,并借助两台工业相机拍摄的结构光图像,对结构光进行解码。配合机械臂的运动还有转台的旋转,最后完成对文物表面三维形貌的完整采集。”许阳说。

相比人工手持扫描,机器人采集方式避免了对文物造成干扰甚至损伤。“采集过程中,文物被放置在旋转平台中央的非旋转区域,始终保持静止状态。机械臂承载的采集模块隔空进行拍摄,最大限度地减少了对文物的干扰、破坏。”

这种数字化采集方式显著提升了采集效率。“以一尊兵马俑为例,如果用人工方式测量、拍照,可能需要半天时间。”许阳说,“用我们研发的文物外观快速采集建模装置,按一个自动扫描键,耗时约5分钟就能自动完成整个扫描步骤,再通过按一个自动处理按钮,计算出文物表面的三维数据。全程10分钟不到,实现了文物形状与纹理数据的自动采集与合成。”

此外,测量精度的提高也是该项技术的显著优势。“我们的采样密度非常高,点云的点距最小可达0.1毫米。纹理信息的采集分辨率会更高一些,能做到0.05毫米。最终生成一张带有纹理图像的文物三维模型。在虚拟环境中,我们可以对它开展虚拟修复。”许阳说。

目前,这种数字化采集方式将逐步在中国国家博物馆等机构投入使用。“这将显著提高我们馆藏文物数字化的效率。我们打算研发不同的系列,比如针对小尺寸或大尺寸文物的不同采集设备,实现更高效的采集。”许阳说。(记者孙正好、蔡馨逸)

编辑:小习

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