一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法与流程

本发明涉及文物数字化保护，具体地说，是一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法。

背景技术：

1、丝织品是最难保存的文物之一，由于细菌等微生物对丝素蛋白的破坏导致丝织物随着时间流逝逐渐丢失织物本来的颜色和图案特征，因此针对传统丝织物的保护与复原是一大难题。保护丝织品文物的传统方法是不断对残片进行修复或复制，其中最关键的技术是采用和残片一样的材料与织造技艺，同时采用逆向工程精确复现原始织物的组织结构与纹样，从而使文物恢复本来的面貌。在这所有的环节中，最容易被忽视的是对原始织物纹样的修复与复原。针对纹样的不精确复原容易导致部分珍贵纹样在传播过程中发生变异，从而导致文化的原真性遭到破坏。

2、蜀锦作为中国三大名锦之首，其织造技艺是中国丝绸文化的重要组成部分。由于目前针对古蜀锦残片的保护力度不够，导致部分传统蜀锦纹样残片散落于民间。随着时间的流逝，一些纹样逐渐消失，对蜀锦文化的传承产生了不利影响。因此针对现有残片纹样进行数字化修复与整理至关重要。对传统纹样进行保护的形式主要有光栅图和矢量图。光栅图可以由数码相机等成像设备采集得到，可以实现对传统纹样的原真记录功能。例如黄能馥在《中国成都—蜀锦》一书中通过古蜀锦实物照片及文字描述方式对我国古蜀锦进行了收集和整理，然而光栅图像可编辑性差，图像在放大之后容易失真，导致无法识别出古蜀锦的纹样特征，不利于纹样的后续传播与开发利用。不同于传统光栅图，矢量格式的图片具有与设备分辨率无关、缩放不失真、用户可编辑和文件存储体积小等优点，是目前对传统纹样进行数字化保护的有利手段。然而，由于纹样载体的不同(主要包括二值图像、线稿图像、修复的纹饰图案、实体纹饰图案)，需要在对纹样进行矢量化处理之前对纹样载体图像进行预处理。对于预处理后的纹样图像可以采用手工提取法与计算机智能生成法提取矢量图形。例如，赵丰等在《中国古代丝绸设计素材图系》中收集和制作了部分蜀锦纹样矢量图，但该系列丛书是针对中国古丝绸的研究，涉及蜀锦的案例仍缺乏系统性；同时由于在手工绘制矢量图前未结合图片预处理技术，从而造成矢量纹样细节损失，这不利于纹样传播的原真性。主流的纹样矢量化算法主要基于曲线拟合技术实现，然而基于现有方法生成的矢量图质量参差不齐，存在线条不连续和拓扑结构失真等问题。对于古蜀锦纹样进行矢量化更加关注采用线稿还原纹样的拓扑结构，因此矢量化生成算法无法适应复杂蜀锦纹样的提取问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于设计一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，解决现有方法生成的矢量图质量参差不齐，存在线条不连续和拓扑结构失真等问题的不足，能够对濒危古蜀锦纹样进行高精度的矢量化建模保护。

2、本发明通过下述技术方案实现：一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，包括下述步骤：

3、s1：使用双三次插值算法对输入的古蜀锦纹样原始图像进行分辨率扩展处理，得到大分辨率的原始图像；

4、s2：将大分辨率的原始图像转化为灰度图像，基于高低帽变换对灰度图像的边缘进行拉伸，提高灰度图像的对比度，滤除图像噪声和非感知特征，同时保留原始图像的结构信息，达到既能突出目标区域又不受背景影响的效果；

5、s3：采用最大类间方差法对高低帽变换后的灰度图像进行阈值分割，将灰度图像转变为二值图像，突出待矢量化图像轮廓，获得预处理原始图像；

6、s4：经步骤s3后，提取纹样循环单元，在矢量化处理前设置相关软件参数，分析纹样单元骨骼结构并进行描摹。

7、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：采用bicubic函数作为双三次插值算法的插值核函数。

8、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：在进行所述高低帽变换时，高帽变换采用实现，低帽变换采用bhat(f)＝(f·b)-f实现，且高低帽变换对古蜀锦纹样进行对比效果增强的表达式为：f'＝f+that(f)-bhat(f)；式中，f表示输入的原始图像；表示采用结构元素b对输入的原始图像的开运算；f·b表示采用结构元素b对输入的原始图像的闭运算；that(f)表示高帽滤波后的原始图像；bhat(f)表示低帽滤波后的原始图像；f'表示对比效果增强后的原始图像。

9、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：所述步骤s4包括下述步骤：

10、s4.1)识别并提取纹样循环单元：

11、识别纹样的连续性特征，将纹样分为单独纹样、二方连续纹样和四方连续纹样；对于二方连续纹样和四方连续纹样，识别并提取纹样中的循环单元，得到预处理循环单元图像；

12、s4.2)矢量化处理前设置：

13、首先在adobe illustrator软件中新建画板；对于单独纹样，将预处理原始图像直接导入画板内，对于连续性纹样，将预处理循环单元图像导入到画板内；重新调整画板大小使画板尺寸与导入图片尺寸大小相同；

14、s4.3)分析纹样循环单元骨格结构，制定描摹策略：

15、分析预处理原始图像或者预处理循环单元图像的骨格结构，对于重复、对称类(等)规律性骨格结构采取仅描绘基础单元对象，然后通过复制方式补全纹样循环单元；对于无规律性骨格结构采取全部绘制的方式描摹导入图像；

16、s4.4)描摹：

17、对于基础单元对象中的简单几何对象采用工具栏中对应的几何工具绘制，对于基础单元对象中的人物、动物、植物或文字类(等)复杂几何对象采用钢笔工具描摹；描摹完成后将所有描边和填色对象扩展为封闭图形，获得矢量化循环单元纹样；

18、s4.5)建立四方连续单元：

19、选择矢量化循环单元纹样，进入对象>图案>建立，将画板转变为图案编辑模式；选择对应的图案拼贴类型，重叠类型为左侧在前和顶部在前；使用“副本”下拉菜单控制图案拼贴的可见性，并将这些设置保留为默认值；点击完成即将建立好的四方连续单元保存在色板选框内。

20、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：所述提取纹样中的循环单元，得到预处理循环单元图像的具体步骤为：首先，依次采用旋转校正、裁剪校正(斜切、透视)与自由变形校正的方式调整原始图像中纹样循环单元的造型；然后采用裁剪工具沿纹样循环单元边界进行裁剪；最后将裁剪完成的图片保存为预处理循环单元图像。

21、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：所述s4.2)矢量化处理前设置还包括调整预处理原始图像透明度，使之便于下一步描绘工作。

22、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：还包括矢量图绘制质量自动量化评价，包括下述处理方式：

23、a)精确性的量化分析：将矢量化循环单元纹样保存为与预处理循环单元图像分辨率相同的位图图像与预处理循环单元图像之间的误差进行度量，且采用下述公式实现：

24、

25、

26、式中，x,y表示图像像素的坐标位置，i′表示矢量化循环单元纹样保存的位图图像某点像素值，i表示预处理循环单元图像某点像素值，tolerance表示视觉容忍度，对于预处理原始图像这类二值图像，tolerance的取值范围为[50,100]；faccuracy表示计量误差，n表示像素点数量；在灰度空间逐个像素点计算重建图与原图的误差，对于符合预期的点标记为1，否则标记为0，最后统计满足精确性的像素点；

27、b)连续性的量化分析：通过统计矢量图中所有曲线交点处的角度来计算，然后通过函数将得到的值映射到[0,1]，假如连续性度量值越趋向于1，曲线直接形成的拐点越多，视觉效果越不好，其中，cx,cy是路径p中首尾连接的曲线，为曲线cx与曲线cy相交处的夹角，l1为预设的连续性参数；

28、c)简单性的量化分析：通过遍历整个矢量图的dom树统计不同节点的数量进行计算，并映射到[0,1]，且在计算时通过下式实现：

29、式中，e为光栅图i对应矢量图中的曲线单元，e为光栅图i对应矢量图中的所有曲线，d(e)为曲线单元e的最高项次数，r(r,i)和c(c,i)分别为光栅图i对应树t的闭合区域颜色的数量。

30、进一步为更好地实现本发明所述的一种濒危古蜀锦纹样的高精度数字化复原方法，特别采用下述设置方式：在进行简单性量化分析时，曲线的复杂性通过曲线的次数体现，直线的权重是1，二次贝塞尔曲线的权重是2，三次贝塞尔曲线的权重是3；区域数的权重是1，颜色数的权重是3，颜色的权重高于区域的权重，原因是不同的区域可以有相同的颜色，而且矢量图中的颜色数量较多会让人感觉到视觉上的杂乱，因此颜色数量越多简单性的度量值就会越大。

31、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

32、本发明针对原始图像分辨率低、不清晰和存在噪声情况具有较好的预处理效果。

33、本发明所提方法有助于实现古蜀锦纹样的矢量化复原建模和保存。

34、本发明所提方法有助于实现矢量图纹样的客观量化评价。

35、本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。