今日报丨中国科学家用机器人给兵马俑画像

• 2022-07-11 05:50:12 来源：新华社

视觉中国供图

新华社记者 孙正好 蔡馨逸

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。

(资料图片)

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。

标签： 数据采集 西北大学 自动扫描

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