[发明专利]一种古建墙壁受污题记文字图像边缘提取方法

说明书

技术领域

本发明属于古建数字化修复领域，具体为一种可消除边缘提取过程中产生的伪边缘和不连续边缘等现象的古建墙壁受污题记文字图像边缘提取方法。

背景技术

古建墙壁上的毛笔文字，承载着大量历史信息，同时也是我国书法的活标本，有很大的审美和历史研究价值。然而由于长期的风化，墨迹受菌类的污染，霉变严重，加之墙壁自身的腐蚀和老化质变，许多字迹无法辨识。人工实体修复在去除污染的同时容易造成原有字迹的再次破坏，近年来，边缘提取作为图像处理和计算机视觉中的重要技术，在古建数字化修复领域得到了极大的关注，依靠数字处理技术对古建墙壁文字图像进行边缘提取，一方面有助于文字的辨识，对于研究其书法笔画意义重大，另一方面为文字实体修复提供了有力的指导，保证修复工作的顺利进行。

近些年，针对文字图像的边缘提取技术有基于数学形态学、基于变换域和基于梯度算子等方法。基于数学形态学的方法能保证文字边缘的完整性，但对于图像中污染和真实边缘的识别性不高，伪边缘较多；基于变换域的方法，如小波变换模极大法，对高频噪声有较好的鲁棒性，但对于大面积块状污染下的文字图像，提取效果不好；基于梯度算子的方法，如Canny算子、Sobel算子，边缘提取较连贯，细节保留较好，但仍然无法排除污染产生的伪边缘。上述方法对于污染较少、背景单一的图像文字提取效果较好，但当污染严重影响文字边缘信息时，提取出的边缘常常含有较多伪边缘和不连续边缘。

发明内容

本发明为解决古建墙壁题记文字图像受污染影响而边缘提取不完整，易产生伪边缘和不连续边缘等问题，提出了一种结合光照模型和形态学的古建墙壁受污题记文字图像边缘提取方法。本方法通过预处理去除细小噪声，突出暗区域细节；结合光照模型和改进的Canny算子滤除污染带来的伪边缘；通过形态学和区域连通处理滤除杂边，连接边缘，保证了文字边缘的完整性和连贯性。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种古建墙壁受污题记文字图像边缘提取方法，包括以下步骤：

S1：利用数码相机采集题记文字图像，拍摄时，相机镜头与墙壁垂直放置，采集图像的分辨率至少200dpi、尺寸2048×1536像素以上；

S2：对S1获得的图像进行全变分去噪处理，滤除采集过程中产生的随机噪声，得到去噪图像；

S3：利用多尺度视网膜算法对去噪图像进行增强处理，突出暗区域的文字细节信息，以便于后续边缘提取；

S4：计算S3获得的图像的空间微分，并将其在颜色空间方向作投影处理，消除污染和阴影产生的边缘，得到仅含物质边缘的阴影-遮挡准不变量；

S5：利用gabor滤波器对阴影-遮挡准不变量的内积进行空间平均，在边缘积累的同时较好的保护文字边缘信息，然后构造阴影-遮挡准不变颜色张量；

S6：计算S5得到的张量式的主特征值λ₁，以作为Canny算法的梯度幅值，然后进行极大值抑制和双阈值处理后得到文字的边缘图像；

S7：利用数学形态学方法和近邻域搜索算法对边缘图像进行处理，滤去边缘图像中的细小杂边，并连接文字不连续边缘，保证文字笔画的完整性和连贯性，得到最终文字边缘提取图像；

S8：将S7得到的文字边缘提取图像保存或输出。

上述的一种古建墙壁受污题记文字图像边缘提取方法，所述的阴影-遮挡准不变颜色张量构造按以下步骤进行：

S51：构造gabor滤波器h_ω,θ(x,y)，其中，x、y为像素点坐标，θ为滤波器方向，为抑制边缘模糊，取为图像各像素点的等照度方向，ω为调制频率，根据文字图像纹理特点取值；

S52：用gabor滤波器对阴影-遮挡准不变量的内积进行空间平均，得到阴影-遮挡准不变颜色张量G_g，计算如下式：