一种变形数字图案的复原方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字图像技术，特别涉及一种变形数字图案的复原方法。
【背景技术】
[0002] 变形数字图案的复原是将变形后的数字图案进行恢复以获得变形前的数字图案 和变形过程中不同阶段的数字图案，不同于以往的图像恢复技术和残缺图像恢复技术。在 金属材料爆炸实验中，由于金属材料发生热塑失稳而形成绝热剪切带，绝热剪切带是最终 状态，若可以获得最终状态之前的若干状态，无论对科学研究，还是用于展示绝热剪切过程 都具有重要意义。有些工艺品由于保管不善、高温等原因发生变形，导致工艺品表面的图案 会遭到破坏，在不易修复的情况下，如果能将工艺品表面的图案以数字图案的形式复原，这 在课堂教学、博物馆展览或计算机辅助制造方面有重要意义。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的空白，本发明提出一种变形数字图案的复原方法，具体步骤如下：
[0004] 步骤1、利用最终状态图案的标记，确定最终状态图案的最终标志线和最终标志 点、原始状态图案的原始标志线和原始标志点，所述最终状态图案为变形后的数字图案，所 述原始状态图案为变形前的数字图案；
[0005] 步骤1.1、将最终状态图案和原始状态图案的中心点建立在同一坐标系中，所述原 始状态图案的中心点任意设置，并保证原始状态图案与最终状态图案不重合；
[0006] 步骤1.2、利用最终状态图案的标记，确定最终状态图案的最终标志线，在每条最 终标志线上设置若干个最终标志点，并确定任一最终标志点的坐标；
[0007] 步骤1.3、根据最终标志线的变形前状态确定原始状态图案中原始标志线，最终标 志线与原始标志线--对应，在原始标志线上设置若干个原始标志点，最终标志点与原始 标志点--对应，确定任一原始标志点的坐标。
[0008] 步骤2、在最终状态图案中设置规则分布点，根据最终标志点和原始标志点，获得 最终状态图案中规则分布点的位移场和应变场，所述规则分布点为成行成列等间距分布的 点，间距自行设置；
[0009] 步骤2.1、在最终状态图案中设置规则分布点，根据最终标志点坐标和与该最终标 志点对应的原始标志点的坐标，确定两点之间的位移；
[0010] 步骤2.2、利用二维插值方法和最终标志点与对应的原始标志点的位移，计算最终 状态图案中规则分布点的位移场；
[0011] 步骤2.3、利用差分公式和规则分布点的位移场计算最终状态图案中规则分布点 的应变场；
[0012] 步骤3、在最终状态图案中以规则分布点为最终子区中心点设置最终子区，根据最 终状态图案中规则分布点的位移场、应变场和最终状态图案中最终子区中心点指向最终子 区内任一点的向量在坐标轴上的投影，确定最终状态图案中最终子区内像素中心点在原始 状态图案中对应坐标或者原始状态图案中原始子区内像素中心点在最终状态图案中的对 应坐标，复原原始状态图案，所述最终子区中心点为规则分布点，所述最终子区为最终状态 图案中包含若干像素的图像子集，为正方形，边长为规则分布点之间的间距，所述最终状态 图案中最终子区内像素中心点为最终状态图案中最终子区内每个像素的中心点，最终状态 图案位于坐标系中，单位为像素，即可获取最终状态图案中最终子区内像素中心点的坐标， 所述原始子区为原始状态图案中包含若干像素的图像子集，根据最终子区四角坐标在原始 状态图案中的对应坐标来划分，所述原始状态图案中原始子区内像素中心点为原始状态图 案原始子区内每个像素的中心点，原始状态图案位于坐标系中，单位为像素，即可获取原始 状态图案中原始子区内像素中心点的坐标；
[0013] 步骤3.1、在最终状态图案中以规则分布点为最终子区中心点划分最终子区；
[0014] 步骤3.2、根据最终子区中心点的位移场、应变场和最终状态图案中最终子区中心 点指向最终子区内任一点的向量在坐标轴上的投影，计算最终状态图案中最终子区内像素 中心点在原始状态图案中的对应坐标；
[0015] 步骤3.3、若最终状态图案中最终子区内像素中心点在原始状态图案的对应坐标 为原始状态图案中原始子区内像素中心点，则将最终状态图案中最终子区内像素中心点的 灰度值赋值给原始状态图案中相应的像素，否则进行二维插值，获得原始状态图案中像素 的灰度值；
[0016] 步骤3.4、对最终状态图案中最终子区内像素依次重复步骤3.2、3.3,复原最终状 态图案中最终子区内像素的灰度值；
[0017] 步骤3.5、对最终状态图案中不同最终子区内像素依次重复步骤3.4,完成变形数 字图案的复原；
[0018] 将最终状态图案中最终子区内各像素的灰度值变换到原始状态图案中，复原原始 状态图案还可以采用以下方法:首先计算最终状态图案中最终子区4个角点在原始状态图 案中的坐标以划分原始子区；其次利用最终状态图案中最终子区中心点的位移场、应变场 和原始状态图案中原始子区中心点指向原始子区内任一点的向量在坐标轴上的投影计算 原始子区内各像素在最终状态图案中的对应坐标，若原始状态图案中原始子区内像素中心 点在最终状态图案中的对应坐标为最终状态图案中最终子区内像素中心点坐标，则将最终 状态图案中最终子区内像素中心点的灰度值赋值给原始状态图案中的像素，否则进行二维 插值，获得最终状态图案中对应坐标处的灰度值，并将该处灰度值赋值给原始状态图案中 的像素，所述原始子区中心点由原始子区四角坐标取平均值确定。
[0019] 步骤4、根据最终状态图案中规则分布点的位移场和应变场，确定最终状态图案中 最终子区内像素中心点在k阶段状态图案中的对应坐标或者原始状态图案中原始子区内像 素中心点在k阶段状态图案中的对应坐标，复原k阶段状态图案，所述k阶段状态图案为变形 数字图案从原始状态变换到最终状态过程中所经历的中间阶段，变形数字图案从原始状态 变换到最终状态划分为m阶段，k=l~m。
[0020] 步骤4.1、利用最终状态图案中规则分布点的位移场、应变场和最终状态图案中最 终子区中心点指向最终子区内任一点的向量在坐标轴上的投影，计算最终状态图案中最终 子区内像素中心点在k阶段状态图案中相对应的坐标；
[0021]
[0022]式中，Q〃（x〃，y〃）为k阶段状态图案中k阶段子区内任一点的坐标，QlY，yy为Q〃 (^，7〃）在最终状态图案中最终子区内的坐标，1!(1，」）、奴1，」)分别为第1行第」列最终子区 中心点在水平及垂直方向上的位移，Δχ'、Ay'分别为最终状态图案中最终子区中心点 指向最终子区内任一点的向量在坐标轴上的投影，各种偏导数描述了 最终子区内规则分布点的应变，所述k阶段子区为k阶段状态图案中包含若干像素的图像子 集，根据最终子区四角坐标在k阶段状态图案中的对应坐标来划分。
[0023]步骤4.2、若最终状态图案中最终子区内像素中心点在k阶段状态图案相对应的坐 标为k阶段状态图案中k阶段子区内像素中心点，则将最终状态图案中最终子区内像素中心 点的灰度值赋给k阶段状态图案中的像素，否则进行二维插值，获得k阶段状态图案中像素 的灰度值，所述k阶段状态图案中k阶段子区内像素中心点为k阶段状态图案中k阶段子区内 每个像素的中心点，将k阶段状态图案置于坐标系中，单位为像素，即可获取k阶段状态图案 中k阶段子区内像素中心点的坐标；
[0024] 步骤4.3、对最终状态图案中最终