本发明涉及图像处理，具体来说涉及一种基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法。
背景技术：
1、考古器物绘图的基本要求是准确反映器物的原貌，包括其形状、大小、纹饰等细节，以确保记录的科学性和准确性。通过绘图，应能够直观展示器物的形态和特征，为考古研究提供可靠的视觉资料。绘图的要求还包括绘制器物在不同视角下的正射图，尤其是在器物表面有纹饰的情况下，需绘制详细的纹饰展开图。在手工进行考古器物绘图时，对器物的摆放、视角选择和尺寸测量都有严格的要求。然而，即使满足这些要求，在绘制器物表面纹饰展开图时，因为通常需要将不可展曲面通过投影变换的方式转换到二维平面上，这一过程无法通过手工计算完成，因此，在手工绘图过程中，绘图者往往只能依靠个人经验，通过估算的方法来绘制纹饰的展开图。
2、在考古器物绘图的实践中，有时会采用数字摄影测量技术来采集器物的形状等数据，然后基于这些数字摄影测量结果进行数字绘图。该方法可以利用计算机图形处理技术，生成考古器物的正射影像和纹饰展开图。然而，此方法需要高精度的数字摄影测量设备，并且涉及大量的三维测量工作，因而成本较高且较为费时。另一方面，在考古实践中，大量文物仅存有照片等影像资料，绘制考古器物图时只能依赖这些影像进行绘图。然而这些文物影像通常不符合正射条件，且由于影像资料是二维图像，难以直接绘制出准确的纹饰展开图。为了满足从二维影像中绘制标准考古器物图的需求，通常会对器物照片进行影像纠正。当前，影像纠正技术多采用基于多项式的几何变换方法，这种方法适用于较为平坦的大面积平面照的纠正，例如航拍影像的处理。然而，对于存在复杂起伏模型的影像，多项式变换难以准确反映对象的三维特征。考古器物往往呈现圆形、圆柱形等复杂形状，使用多项式变换时，通常难以通过倾斜摄影将这些器物的照片准确纠正为正射角度，因此也难以绘制出精确的纹饰展开图。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法，通过球面重投影的方法，将照片具有纹饰的部分纠正为正射角度，再通过投影变换，获取纹饰展开图，提高图像纠正的精度。
2、为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
3、本发明提供一种基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法，包括以下步骤：
4、读取以一定倾斜角度拍摄的原始器物照片；
5、根据需要绘制的纹饰位置获取所述原始器物照片的上下边界坐标，并使用最小二乘法求出拟合球面s2；
6、根据所述拟合球面s2和所述原始器物照片拍摄时的主光轴方向，分别建立球面坐标系a和球面坐标系b；
7、通过所述球面坐标系a到所述球面坐标系b的投影变换，将考古器物的表面纹饰变换为正射投影状态；
8、使用圆锥投影方式将考古器物的表面纹饰展开，并绘制纹饰展开图。
9、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，所述根据需要绘制的纹饰位置获取所述原始器物照片的上下边界坐标，包括：
10、获取所述原始器物照片的上、下、左、右边界点p1、p2、p3、p4；
11、分别获取所述上下左右边界点对应的坐标p1(x1,y1)、p2(x2,y2)、p3(x3,y3)、p4(x4,y4)。
12、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，所述使用最小二乘法求出拟合球面s2，包括：
13、求解所述上下左右边界坐标p1、p2、p3、p4的最佳拟合圆，并以圆心c(xc,yc)和半径r表示，所述拟合圆的方程表示如下：
14、(x-xc)2+(y-yc)2＝r2；
15、对于每个点pi(xi,yi)，满足：
16、(xi-xc)2+(yi-yc)2＝r2；
17、令ai＝2xi，bi＝2yi，并令整理可得ax＝b，其中，a为系数矩阵，x为未知数向量，b为常数向量；
18、使用最小二乘法，求解正规方程atax＝atb,使残差向量r＝b-ax的平方和||r||2最小，其中at是a的转置，由此解得c(xc,yc)，半径
19、以平行于所述原始器物照片的像平面且通过器物几何中心的平面为参考平面，以c(xc,yc)在参考平面上的投影点为球心、r为半径得到的球面为拟合球面s2。
20、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，根据所述拟合球面s2建立球面坐标系a，包括：
21、令所述拟合球面s2的球心为坐标原点o；
22、以经过所述坐标原点o、指向考古器物上方、垂直于拍摄方向轴线的射线为z轴；
23、以通过所述z轴并垂直于像平面的平面为xz平面，以摄像机指向考古器物的方向为x轴正方向，按照右手系确定y轴方向，建立球面坐标系a，且所述球面坐标系a的坐标轴标记为xa、ya、za。
24、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，根据所述原始器物照片拍摄时的主光轴方向建立坐标系b，包括：
25、令所述拟合球面s2的球心为坐标原点o；
26、以经过所述坐标原点o、平行于铅垂线放线指向器物正上方的方向为z轴方向；
27、以通过所述z轴并垂直于像平面的平面为xz平面，以通过所述坐标原点o平行于水平面的面为xy平面，摄像机指向考古器物的方向轴在xy平面上的投影为x轴正方向，按照右手系确定y轴方向，建立球面坐标系b，且所述球面坐标系b的坐标轴标记为xb、yb、zb。
28、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，所述通过所述球面坐标系a到所述球面坐标系b的投影变换，将考古器物表面纹饰变换为正射投影状态，包括：
29、将所述球面坐标系a中的点转换为直角坐标系a中的坐标(xa,ya,za)如下：
30、
31、
32、za＝racos(θa)
33、使用绕y轴的旋转矩阵表示直角坐标系b相对于直角坐标系a的z轴顺时针旋转α角度的变换，绕y轴的旋转矩阵ry(α)表示如下：
34、
35、利用旋转矩阵ry(α)到点(xa,ya,za)上，得到直角坐标系b中的点(xb,yb,zb)如下：
36、
37、将直角坐标系b中的点(xb,yb,zb)转换为球面坐标系b中的坐标如下：
38、
39、
40、
41、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，所述使用圆锥投影方式将考古器物纹饰展开，以绘制纹饰展开图，包括：以球面坐标系b的z轴zb为圆锥对称轴，圆锥与所述拟合球面s2相割于纹饰条带的上边界和下边界，将球面坐标系b中的纹饰使用圆锥投影进行重投影，得到纹饰展开图。
42、可选地，上述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，所述使用圆锥投影方式将考古器物纹饰展开，并绘制纹饰展开图，还包括：
43、使用圆锥投影方式将球面坐标系中的点映射到正轴割圆锥投影坐标系中的点(x,y)，r表示半径，θ表示极角，表示方位角，记圆锥与所述拟合球面s2相割的两条割线为标准纬线θ1和θ2，其中θ1<θ2，计算圆锥比例因子n如下：
44、
45、计算比例因子f如下：
46、
47、则点的投影坐标x为：
48、
49、投影坐标y为：
50、
51、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法。
52、此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法。
53、
技术实现要素：
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
54、本技术提供的一种基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法，通过读取以一定倾斜角度拍摄的原始器物照片；然后根据需要绘制的纹饰位置获取原始器物照片的上下边界坐标，并使用最小二乘法求出拟合球面s2；接下来根据拟合球面s2和原始器物照片拍摄时的主光轴方向，分别建立球面坐标系a和球面坐标系b；然后通过球面坐标系a到球面坐标系b的投影变换，将考古器物表面纹饰变换为正射投影状态；再使用圆锥投影方式将考古器物纹饰展开，并绘制纹饰展开图。本方案使用有一定倾斜度的考古器物照片，通过球面重投影的方法，将照片具有纹饰的部分纠正为正射角度，再通过投影变换获取纹饰展开图，能够更加准确地调整考古器物照片的视角，提高了图像纠正的精度和真实性。
1.基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，所述根据需要绘制的纹饰位置获取所述原始器物照片的上下边界坐标，包括：
3.根据权利要求2所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，所述使用最小二乘法求出拟合球面s2，包括：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，根据所述拟合球面s2建立球面坐标系a，包括：
5.根据权利要求4所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，所述根据所述原始器物照片拍摄时的主光轴方向建立坐标系b，包括：
6.根据权利要求5所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，所述通过所述球面坐标系a到所述球面坐标系b的投影变换，将考古器物表面纹饰变换为正射投影状态，包括：
7.根据权利要求6所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，所述使用圆锥投影方式将考古器物纹饰展开，绘制纹饰展开图，包括：以球面坐标系b的z轴zb为圆锥对称轴，圆锥与所述拟合球面s2相割于纹饰条带的上边界和下边界，将球面坐标系b中的纹饰使用圆锥投影进行重投影，得到纹饰展开图。
8.根据权利要求7所述的考古器物标准纹饰图样绘制方法，其特征在于，所述使用圆锥投影方式将考古器物的表面纹饰展开，并绘制纹饰展开图，还包括：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于球面重投影技术的考古器物标准纹饰图样绘制方法。
