专利名称：一种对破损图画进行高保真修复及输出的方法
技术领域：
本发明属于图像处理修复技术领域，涉及一种对破损图画进行高保真修复及输出
的方法。
背景技术：
在日常生活中，经常有一些珍贵的旧照片需要扩印；在对老旧图画档案处理时，也有不少古代字画文物需要重新装裱、复印，这些资料经常存在有破损的区域，因此如何高保真的印刷、输出这些图画，一直是人们期待解决和关注的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种对破损图画进行高保真修复及输出的方法，使得原稿图画信息得到高保真的印刷、输出。 本发明采用的技术方案是， 一种对破损图画进行高保真修复及输出的方法，该方法按照以下步骤实施， 步骤1、首先利用扫描仪对需修复的破损图画扫描，得到RGB格式的数字稿；
步骤2、利用数字修复技术对RGB格式的数字稿中的破损区域进行修复处理，得到完整的RGB格式的数字修正稿； 步骤3、对扫描仪特性化，得到色彩空间值RGB与LW的关系，据此RGB与LW
关系将步骤2得到的完整的RGB格式的数字修正稿转换成LW格式图像； 步骤4、对打印机标定，得到LW与CMYK色彩空间的对应关系，据此对应关系将
步骤3得到的LW格式图像转换成CMYK格式，从而打印输出，得到修复良好的原稿图片。 本发明方法的有益效果是，能够修复原稿图画中的破损区域图像信息，以及保证
打印输出的图画在色彩上与原稿高度一致。
图1是本发明方法的修复及输出破损图画流程示意 图2是本发明方法中的扫描仪特性化流程示意 图3是本发明方法中的破损区域及其邻域示意 图4是本发明方法中的修复过程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。 如图1 ，是本发明的破损图画高保真修复及输出方法，主要涉及高精度记录原稿图
画、修复图画破损区域以及高精度输出图画三个部分，该方法按照以下步骤实施 步骤1、首先利用扫描仪对原稿图画扫描，得到RGB格式的数字稿； 步骤2、利用数字修复技术对RGB格式的数字稿中的破损区域进行修复处理，得到完整的RGB格式的数字修正稿； 步骤3、对扫描仪特性化，得到色彩空间值RGB与LW的关系，据此RGB与L*a*b*的关系将步骤2得到的完整的RGB格式的数字修正稿转换成LW格式图像；
步骤4、对打印机标定，得到LW与CMYK色彩空间的对应关系，据此对应关系将步骤3得到的LW格式图像转换成CMYK格式，从而打印输出，得到修复良好的原稿图片。
本发明方法实施例以修复输出一幅破损旧照片为例，首先利用扫描仪对旧照片原稿扫描，得到RGB格式的数字稿，然后利用数字修复技术对破损区域进行修复处理，得到完整的RGB格式的数字修正稿；然后对扫描仪特性化，得到色彩空间值RGB与LW的关系，据此将旧照片完整的RGB格式的修正稿转换成LW格式图像；最后对打印机标定，得到LW与CMYK色彩空间的对应关系，并据此将上述的LW格式图像转换成CMYK格式，从
而打印输出，得到修复好的旧照片图像。
第一、扫描仪特性化。 扫描仪特性化实质上就是将RGB色彩空间转换成LW色彩空间，从而可以将扫描后的RGB图像转换成LW图像，保证色彩传递的准确性。 如图2，本发明扫描仪特性化具体流程如下首先选择一标准的色靶，然后使用扫描仪对色靶上的每个色块进行扫描，经图像处理得到每个色块的RGB值；同时，利用分光光度计测量色块的lw值；最后利用每个色块相互对应的RGB和lw值，建立RGB和lw两种色彩空间的关系模型。本发明方法中采用了一种最高次为四次的多项式回归方法，完成对扫描仪的特性化工作，其中RGB和LW的多项式表达关系如下 fL (R， G， B) = a 。+ a ^+ a 2G+ a 3B+ a 4RG+ a 5GB+ a 6RB+ a 7R2+ a 8G2+ a 9B2+ a 10RGB+a UR2G+ a 12R2B+ a 13G2R+ a 14G2B+ a 15B2R+ a 16B2G+ a 17R3+ a 18G3+ a 19B3+ a 20R2G2+ a 21R2B2+ a 22G2B2+ a 23R4+ a 24G4+ a 25B4 (多项式1) f a (R， G， B) = P 。+ P 3+ P 2G+ P 3B+ P 4RG+ P 5GB+ P 6RB+ P 7R2+ P 8G2+ P 9B2+ P 10RGB+P nR2G+ P 12R2B+ P 13G2R+ P 14G2B+ P 15B2R+ P 16B2G+ P 17R3+ P 18G3+ P 19B3+ P 20R2G2+ P 21R2B2+ P 22G2B2+ P 23R4+ P 24G4+ P 25B4 (多项式2) fb (R， G， B) = Y 0+ Y 3+ Y 2G+ Y 3B+ Y 4RG+ Y 5GB+ Y 6RB+ Y 7R2+ Y 8G2+ Y 9B2+ Y 10RGB+Y nR2G+ y 12R2B+ y 13G2R+ y 14G2B+ y 15B2R+ y 16B2G+ y 17R3+ y 18G3+ y 19B3+ y 20R2G2+ y 21R2B2+ y 22G2
b2+y23r4+y24g4+y25b4 (多项式3) 上述三个多项式中，R，G，B分别代表某色块被扫描后的RGB颜色值，其数值范围都在0 55之间；L*、 a*、 b*分别代表色块在CIE LW颜色空间的三个分量，L*取值范围为0 100， &*取值范围为-128 127， l/取值范围为-128 127 ;函数fL(R， G， B)代表RGB颜色值与LW值中的L*分量之间的函数关系；函数fa(R， G， B)代表RGB颜色值与LW值中的3*分量之间的函数关系；函数fb(R，G，B)代表RGB颜色值与LW值中的l/分量之间的函数关系；而a。—25， P。—25， Y。^分别代表未知的常数系数。 以上三个多项式中，a 、 13 、 Y分别为方程式中的系数，利用采集到的建模数据以及最小二乘法即可求解。在获取了该78个参数后，即可计算出任意给定的RGB值所对应的lAiV值。 本发明选用ITS. 7/2标准色耙进行特性化处理，采样颜色区为色耙中的Al到L12
的12X12色块组成。 第二、数字图像修复处理。 其一、数字图像修复主要处理RGB图像中的破损区域，如图3，假设D为破损区域，E为包含D外部且完全包含它的一个区域，修复的基本原理是将E中的信息尽量连续的延伸到D内部，这个过程中D逐渐縮小，直至所有像素被修复完毕。 如图4，修复过程始终在D的外边界上进行，对于该边界上的一点s，选取它周围的一组邻域象素作为信息来源，综合这些点的信息对点s进行填充。如果利用修补区域外距离s点r个象素范围的一系列点Br时，s点的最终象素值就是Br中所有像素信息的综合，s点的象素值可表示为 M(S)=
-1 (1) 其中u(p)为s的邻域Br中的一点p的像素值，w(s，p)为p点对s点像素值贡献的权重。 选以s为中心的5X5邻域范围内的点作为修复数据源，其位置关系及相应权重可
以用邻域模板结构表示，如下表1。
表1邻域模板结构表
W(s， 1)w(s，2)w(s，3)w(s，4)w (s， 5)
W(s，6)w(s，7)w(s，8)w(s，9)w(s， 10)
w(s， 11)w(s， 12)0w(s， 13)w(s， 14)
w(s， 15)w(s，16)w(s， 17)w(s， 18)w(s， 19)
w(s，20)w(s，21)w(s，22)w(s，23)w(s，24) 模板中的w(s，p) (p = 0，1，2. . . 24)表示第p个点的权重，如果p点为修补区域内的点，则令w (s， p) = 0，这样就保证了对s修补用的点都来自修补区域之外的点了 ，也就排除了修补区域内点错误信息的干扰。 下面分析任意一点p的像素值延伸到s点的数值，由于梯度方向是变化最快的方向，所以P对s的影响量可以用下式(2)表示
w , 、 , 5w、 其中，V"(P) = (77 ， 77)
""p)-"0)-V"(/7广(/;—" 欲^ (2) 由于距离s点越远的点p对它影响越小，因此w(s，p)被定义为二者的欧式距离参45]
其中sx和sY分别代表s点的x和y坐标值，px和pY分别代表p点的x和y坐标 其二、边界各点的修补顺序 为了尽量与手工修补一致，理想的修补顺序是先从破损区域外部边界开始，然后
沿边界向内不断修补，整个修补过程中，破损边界不停的收縮，待收縮成一点时修补算法就
停止。由于水平集算法主要描述一直向外扩散或向内收縮的几何轮廓线，因此可以将修补
边界作为向内收縮的曲线，利用该算法调整修补区域内像素的修补顺序。 考虑到修补区域内外的特征，使用改进了水平集算法中的Eikonal方程为 |Vr| = 1 (在边界上T = 0) (4) 其中T(x，y)表示曲线经过坐标(x，y)的时间，|^1是T的梯度范数。而该式的离 散求解过程可以表示为 max (D—XT ， _D+XT ， 0) 2+max (D—yT ， _D+yT ， 0)2 = 1 (5) 其中DX代表x方向的后向差分算子；其中D+x代表x方向的前向差分算子；其中D—y 代表y方向的后向差分算子；其中D+y代表y方向的前向差分算子。 从上式可以看出这相当于令速度函数F二 l，也就是修补区域边界上各点以相同
速度向内收縮，从而使待修补区域在修补过程中一直保持原来的轮廓形状，保证了图像的
修补顺序与手工修补图像顺序的相似性。这里，把T定义为点到修补区域边界的距离函数。
这样的话，T的零水平集恰恰是修补区域的边界，而修补区域边界的法线方向则是Vr 。 然后对要修补的图像进行预处理，对于图像中的每一点设定三个值，即T、f和I。
其中，T是该点到修补边界的距离；1为该点的象素值；f为该点的标志，可以取为Alive、
Narrowband或Faraway三个值，其意义如下 Alive :说明该点在修补边界外部，它的T值和I值已知； Narrowband :说明该点在修补区域的边界上，其T值和I值正待更新； Faraway :说明该点在修补区域内部，其T值和I值未知。 图像修补的原则就是修补工作一直在待修补区域的边界上进行，通过控制修补区 域边界的向内收縮来达到修补整个区域的目的。所以，图像修补区域各点的修补过程可以 描述为 1、初始化 a).首先对要修补的图像手工制作二值蒙版，要修补的区域在蒙版上对应位置为 黑色(象素值为0)，不需要修补部分为白色(象素值为1); b).对应于蒙版图像上的同一位置，若待修补图像上某点象素值I(x，y) =0，说明 该点在要修补的区域内，令f (x， y) = Faraway, T(x， y) = + °o ; c).若I(x， y) = l，说明该点在要修补的区域外，令f(x， y) = Alive， T(x， y)= 0 ; d).若I(x， y) = 0且点(x， y)的四邻域中存在点(i， j)满足I(i， j) = l，就将该点定义为边界点，令f (x， y) = Narrowband。 e).将f值为Narrowband的象素放入一个名为Band的堆栈中，按照T值从小到大
的顺序对它们排列。
I工、修补 a).从Band中选择具有最小T值的点，设为(imin， jmin);
b).将点(imin， jmin)的f值改为Alive，从Band点集中删除；C) 将(imin， jmin)白勺邻域点(imin_i， Jmin) 、 (imin+l， Jmin) 、 (imin， Jmin—1) 、 (imin， Jmin+i)中
f值为Faraway的点加入到Band中，并利用修复算法将其修复；
d).根据式(5)更新邻域点的T值；
e).转回到步骤II. a)继续修复； f).当Band中没有新的象素加入时，说明修复区域，经填充好，即可结束循环。
第三、打印机标定 打印机标定是将LW图像转换成CMYK图像，保证在视觉效果上打印稿与原稿的 一致性，该部分的具体技术方案参照专利200810150763. 9。 本发明的方法，能够修复原稿图画中的破损区域图像信息，保证打印输出的图画 在色彩及图案上与原稿高度一致。
权利要求
一种对破损图画进行高保真修复及输出的方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施，步骤1、首先利用扫描仪对需修复的破损图画扫描，得到RGB格式的数字稿；步骤2、利用数字修复技术对RGB格式的数字稿中的破损区域进行修复处理，得到完整的RGB格式的数字修正稿；步骤3、对扫描仪特性化，得到色彩空间值RGB与L*a*b*的关系，据此RGB与L*a*b*关系将步骤2得到的完整的RGB格式的数字修正稿转换成L*a*b*格式图像；步骤4、对打印机标定，得到L*a*b*与CMYK色彩空间的对应关系，据此对应关系将步骤3得到的L*a*b*格式图像转换成CMYK格式，从而打印输出，得到修复良好的原稿图片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中对破损区域进行修复处理，具体步骤是，假设D为破损区域，E为包含D外部且完全包含它的一个区域，将E中的信息尽量连续的延伸到D内部，这个过程中D逐渐縮小，直至所有像素被修复完毕，修复过程始终在D的外边界上进行，对于该边界上的一点s，选取它周围的一组邻域象素作为信息来源，综合这些点的信息对点s进行填充，如果利用修复区域外距离s点r个象素范围的一系列点Br时，s点的最终象素值就是Br中所有像素信息的综合，s点的象素值表示为<formula>formula see original document page 2</formula>其中U(p)为S的邻域Br中的一点P的像素值，W(S， P)为P点对S点像素值贡献的权重，其中的w(s，p)表示第p个点的权重，p = 0，1，2...24，如果p点为修复区域内的点，则令w(s，p) = O，使对s修复用的点都来自修复区域之外的点，P对s的影响量可以用下式(2)表示<formula>formula see original document page 2</formula>(3)边界各点的修补顺序为，使用水平集算法中的Eikonal方程为lvr卜i(在边界上r-o) (4)其中T(x， y)表示曲线经过坐标(x， y)的时间,"是T的梯度范数，把T定义为点到修复区域边界的距离函数，T的零水平集是修复区域的边界，而修复区域边界的法线方向则是V 7 ，而该式的离散求解过程可以表示为max (D—XT， _D+XT， 0) 2+max (D—yT， _D+yT， 0)2 = 1 (5)其中D—x代表X方向的后向差分算子；其中D+x代表X方向的前向差分算子；其中D—M戈表y方向的后向差分算子；其中D+y代表y方向的前向差分算子，对于图像中的每一点设定三个值，即T、f和I，其中，T是该点到修复边界的距离；1为该点的象素值；f为该点的标志，分别取为Alive、 Narrowband或Faraway,其意义如下Alive :说明该点在修复边界外部，它的T值和I值已知；Narrowband :说明该点在修补区域的边界上，其T值和I值正待更新；Faraway :说明该点在修补区域内部，其T值和I值未知；图像修补区域各点的修补过程具体步骤为1、初始化a) .首先对要修补的图像手工作二值蒙版，要修补的区域在蒙版上对应位置为黑色，其象素值为0 ;不需要修补部分为白色，其象素值为1 ;b) .对应于蒙版图像上的同一位置，若待修补图像上某点象素值I(x，y) =0，说明该点在要修补的区域内，令<formula>formula see original document page 3</formula>c) .若I(x，y) = l，说明该点在要修补的区域外，令<formula>formula see original document page 3</formula>d) .若I(x，y) =0且点(x， y)的四邻域中存在点(i， j)满足I(i， j) ==1，将该点定义为边界点，令<formula>formula see original document page 3</formula>e) .将f值为Narrowband的象素放入一个名为Band的堆栈中，按照T值从小到大的顺序对它们排列，n、修补a) .从Band中选择具有最小T值的点，设为(imin， jmin);b) .将点(imin， jmin)的f值改为Alive，从Band点集中删除；C) 将(imin， Jmi》白勺々P域点(imin—1， Jmi》、^imin+l， Jmi》、^imin， Jmin一》、^imin， Jmin+》中f值为Faraway的点加入到Band中，并利用修补算法将其修补；d) .根据式(5)更新邻域点的T值；e) .转回到步骤II.a)继续修补;f) .当Band中没有新的象素加入时，即为修补区域已经填充好，结束循环。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的扫描仪特性化，具体步骤是，首先选择一标准的色靶，然后使用扫描仪对色靶上的每个色块进行扫描，经图像处理得到每个色块的RGB值；同时，利用分光光度计测量色块的LW值；最后利用每个色块相互对应的RGB和L*a*b*值，建立RGB和L*a*b*两种色彩空间的关系模型，采用一种最高次为四次的多项式回归方法，完成对扫描仪的特性化工作，其中RGB和LW的多项式表达关系如下<formula>formula see original document page 3</formula>fb (R， G， B) = y 0+ y y 2G+ y 3B+ y 4RG+ y 5GB+ y 6RB+ y 7R2+ y 8G2+ y 9B2+ y 10RGB+ y工工R2G+ y 12R2B+ y 13G2R+ y 14G2B+ y 15B2R+ y 16B2G+ y 17R3+ y 18G3+ y 19B3+ y 20R2G2+ y 21R2B2+ y 22G2B2+ y`23R4+Y24G4+y25B4，(多项式3)上述三个多项式中，R， G， B分别代表某色块被扫描后的RGB颜色值，其数值范围都在`0 255之间；l/、^、l/分别代表色块在CIE LW颜色空间的三个分量，i;取值范围为0 `100，3*取值范围为-128 127，1/取值范围为-128 127 ;函数fjR，G，B)代表RGB颜色值与LW值中的L*分量之间的函数关系；函数fa(R， G， B)代表RGB颜色值与LW值中的a*分量之间的函数关系；函数fb(R，G，B)代表RGB颜色值与LW值中的b*分量之间的函数关系；而a。—25， P。—25， Y。—25分别代表未知的常数系数，以上三个多项式中，a、 13、 Y分别为方程式中的系数，利用采集到的建模数据以及最小二乘法即可求解，在获取了该78个参数后，即可计算出任意给定的RGB值所对应的LW值。
全文摘要
本发明公开了一种破损图画高保真修复及输出方法，该方法按照以下步骤实施，步骤1、首先利用扫描仪对原稿图画扫描，得到RGB格式的数字稿；步骤2、利用数字修复技术对RGB格式的数字稿中的破损区域进行修复处理，得到完整的RGB格式的数字修正稿；步骤3、对扫描仪特性化，得到色彩空间值RGB与L*a*b*的关系，据此RGB与L*a*b*的关系将步骤2得到的完整的RGB格式的数字修正稿转换成L*a*b*格式图像；步骤4、对打印机标定，得到L*a*b*与CMYK色彩空间的对应关系，据此对应关系将步骤3得到的L*a*b*格式图像转换成CMYK格式，从而打印输出，得到修复良好的原稿图片。本发明方法的有益效果是，能够修复图画中的破损区域，并能够保证打印输出后的图画在色彩上与原稿一致。
文档编号H04N9/64GK101742040SQ20101001373
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者周世生, 孙帮勇, 李延雷 申请人:西安理工大学