一种墓葬壁画图像的数字化修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字图像修复领域，具体为一种可消除修复过程中产生的不连贯和过 延伸等现象的墓葬壁画图像的数字化修复方法。
【背景技术】
[0002] 数字图像修复技术是指利用算法对图像局部区域内的数据丢失或损坏进行自动 填充，恢复其视觉连贯性的技术。随着计算机技术的发展，数字图像修复技术以其智能、 快捷、低成本的优点，已被广泛应用到文物保护、照片修复、影视特效制作、障碍物去除等领 域。
[0003] 墓葬壁画是我国珍贵的文化遗产，文化形态独特，艺术价值高。然而，环境的风化 和人为的破坏致使这些壁画受到了严重损坏，实体修复耗费大、难度高，数字化修复不仅可 以实现壁画的虚拟展示等工作，且可为壁画实体的物理修复过程提供充足的科学依据和测 试环境，将文物修复工作的危险性降至最低。
[0004] 墓葬壁画一旦损坏会丢失大量颜色和结构信息，近些年针对墓葬壁画图像的修复 算法主要有三类，基于偏微分方程的修复、基于稀疏表示的修复和基于样本的修复技术。前 两种修复技术对于壁画裂纹的修复效果较好，但在大面积修复中均易产生模糊现象，基于 样本的修复技术则能克服上述缺陷，最为经典的样本修复算法是由Criminisi等人于2004 年提出的Criminisi算法，该算法原理简单，纹理修复效果较好。但由于噪声和细小纹理的 影响，数据项的等照度线方向判别不准确，且没有充分考虑结构区域的优先修复，对于结构 破损较严重的壁画图像，在修复过程中容易产生结构信息的不连贯；而且由于修复块尺寸 固定，对于结构和纹理较为复杂的区域，纹理信息往往会过度延伸，造成修复效果不佳。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决墓葬壁画修复中产生的不连贯和过延伸等问题，提供了一种墓葬壁 画图像的数字化修复方法，该方法结合墓葬壁画图像结构明显的特点，通过卡通驱动和结 构因子引导优先级的计算，保证了图像结构信息修复的连贯性；通过自适应修复块尺寸，抑 制了纹理信息的过度延伸，得到较好的修复效果。
[0006] 本发明是采用如下的技术方案实现的：一种墓葬壁画图像的数字化修复方法，包 括以下步骤：
[0007] Sl :固定数码相机，使镜头与墓葬壁画垂直，采集墓葬壁画图像；
[0008] S2 :选取墓葬壁画图像的破损部分，将其涂为白色，作为待修复区域，其余部分作 为已知区域；
[0009] S3 :构造全变分数学模型对S2得到的图像进行分解，得到滤除了噪声和细小纹理 的卡通图像；
[0010] S4 :利用S3获得的卡通图像进行驱动优先级的计算，具体过程如下：计算卡通图 像待修复区域边缘各点的置信项、数据项和以边缘各点为中心矩形块的结构因子项，依据 优先级计算公式计算边缘各点的优先级，并获得优先级最大点的坐标；
[0011] S5 :根据S4中的坐标，在S2得到的图像中找到优先级最大的点，记为p'，并以点]5 为中心构造尺寸为mXm的待修复块Ψ ;
[0012] S6:在图像已知区域中进行全局搜索，找到与％?颜色欧氏距离最小的块，作为最 相似样本块，记为Ψ,;
[0013] S7 :计算Ψ,与待修复块％的均值像素差平方和，记为ASSD ( Ψρ-，Ψ,)，并与阈 值Tssd进行比较，具体过程如下：若ASSD( Ψμ，Wq)〈TSSD，则认为此样本块符合复制条件，将 块Ψ,的图像信息复制到％的待修复区域；否则，调整修复块尺寸为（m-1) X (m-1)，返回 执行步骤S6,直到满足复制条件，进行块复制；
[0014] S8 :将新填充像素加入已知区域中，更新修复边界；然后更新填充像素的置信度， 完成一次修复，置信度更新原则为
【主权项】
1. 一种墓葬壁画图像的数字化修复方法，其特征在于包括以下步骤： Sl :固定数码相机，使镜头与墓葬壁画垂直，采集墓葬壁画图像； S2:选取墓葬壁画图像的破损部分，将其涂为白色，作为待修复区域，其余部分作为已 知区域； 53 :构造全变分数学模型对S2得到的图像进行分解，得到滤除了噪声和细小纹理的卡 通图像； 54 :利用S3获得的卡通图像进行驱动优先级的计算，具体过程如下：计算卡通图像待 修复区域边缘各点的置信项、数据项和以其为中心矩形块的结构因子项，依据优先级计算 公式计算边缘各点的优先级，并获得优先级最大点的坐标； 55 :根据S4中的坐标，在S2得到的图像中找到优先级最大的点，记为p'，并以点ι5为中 心构造尺寸为mXm的待修复块xP1;; 56 :在图像已知区域中进行全局搜索，找到与Ψ1;颜色欧氏距离最小的块，作为最相似 样本块，记为Ψ,; S7:计算Ψ,与待修复块Ψρ·的均值像素差平方和，记为ASSD(^iVfq)，并与阈值T ssd 进行比较，具体过程如下：若ASSD(T^Yq) < Tssd，则认为此样本块符合复制条件，将块 Ψ,的图像信息复制到ΨΡ-的待修复区域；否则，调整修复块尺寸为（m-1) X (m-1)，返回执行 步骤S6,直到满足复制条件，进行块复制； S8 :将新填充像素加入已知区域中，更新修复边界；然后更新填充像素的置信度C(p)， 完成一次修复，置信度更新原则为：C(p) = C(p')e-(ASSD):，e-<ASSD1:为置信度惩罚因子； S9:检查待修复区域是否为空，若不为空，则返回执行S3 ;否则，停止迭代，将最终修复 结果保存或输出。
【专利摘要】本发明公开了一种墓葬壁画图像的数字化修复方法，属于数字图像修复领域。该方法利用全变分数学模型对墓葬壁画图像进行分解，得到卡通图像；在优先级计算中加入结构因子项，并利用卡通图像驱动待修复边缘点的优先级计算；以优先级最大的点为中心构建修复块，并在已知区域搜索与其欧氏距离最小的样本块；计算修复块和样本块的均值像素差平方和，并与设定阈值进行比较，自适应地调整修复块尺寸，直到满足复制条件，进行样本块复制和边缘更新；最后，检查待修复区域，不为空则迭代上述步骤，直至完成修复。该方法克服了已有方法修复中产生的不连贯和过延伸等问题。本发明主要用于（但不限于）墓葬壁画图像的虚拟修复。
【IPC分类】G06T5-00
【公开号】CN104766283
【申请号】CN201510177721
【发明人】杨风暴, 王肖霞, 刘英杰, 卫红, 李大威, 吉琳娜, 冯裴裴
【申请人】中北大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月15日