[发明专利]一种结合特征点拓扑和几何约束的文物碎片自动重组方法

说明书

本发明公开了一种结合特征点拓扑和几何约束的文物碎片自动重组方法，方法包括：采用曲度函数提取文物每个碎片的每个断裂面的n个特征点；对特征点进行拓扑重构，构造n阶带权完全图；利用Prime算法及改进的Prime算法构造最小、最大生成树；计算最小代价和及最大代价和，利用邻接约束快速筛选潜在匹配碎片；再以特征点的最大曲率、最小曲率构造特征串，利用最大不匹配公式计算两个特征串的Hausdorff距离，找出最佳匹配碎片，最后利用刚体变换完成碎片重组。本发明克服了传统基于几何驱动重组的方法易受噪声影响产生误匹配的问题，对于断裂面信息相对完整的碎片，具有重组效率高和结果准确率高的优点。

技术领域

本发明涉及计算机图形图像处理领域，特别涉及一种结合特征点拓扑和几何约束的文物碎片自动重组方法。

背景技术

文物是我国历史悠久的文化积淀和智慧结晶。由于自然及人为等因素的影响，导致大多数文物呈现破碎或不完整状态。传统的文物修复依靠考古学知识手工操作，修复速度慢、准确性低、存在二次破坏。近年来，利用计算机辅助文物虚拟复原具有高速、便捷、无破坏等优势，提高了文物修复的效率，对文物保护和复原有至关重要的意义。

根据文物的厚度信息，自动化文物虚拟复原对象大致可分为两类：薄壁类文物碎片和非薄壁类文物碎片两大类。不管是薄壁类文物碎片还是非薄壁类文物碎片，其重组问题是一个大规模、非线性、多目标的组合优化NP难问题。针对薄壁类文物碎片，通常采用基于轮廓曲线的几何特征搜索配对碎片，实现碎片重组；针对非薄壁类碎片的重组，通常采用基于碎片断裂面几何特征搜索配对碎片，实现碎片的重组。

然而，针对非薄壁类文物碎片，上述方法在搜索匹配对时，大多是采用断裂面轮廓线或凹凸区域上所有顶点的几何信息，几何信息在估计时容易受噪声的影响；其次，基于单个点的几何特征匹配具有随机性,忽略点与点之间的拓扑信息，会造成误匹配，导致重组过程会出现错位、渗透等现象。

发明内容

本发明的目的在于针对传统基于几何驱动重组的方法容易受噪声影响会产生误匹配的问题，提供一种结合特征点拓扑和几何约束的文物碎片自动重组方法。

为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种结合特征点拓扑和几何约束的文物碎片自动重组方法，包括以下步骤：

步骤1，针对文物的碎片，分别进行断裂面分割，得到每个碎片的多个断裂面，然后分别提取出每个断裂面的n个特征点；

步骤2，对每个断裂面的n个特征点进行拓扑重构，以每个特征点为结点，以特征点空间位置间的欧氏距离为两结点之间连边的权值，得到每个断裂面上n阶带权无向完全图；

步骤3，针对所述带权无向完全图，分别生成每个断裂面上特征点的最小生成树及最大生成树；

步骤4，分别计算所述最小生成树、最大生成树的最小代价和及最大代价和，利用邻接约束，筛选潜在匹配碎片，形成潜在碎片集；

步骤5，对于待匹配碎片上的每个断裂面，以及潜在碎片集中每个碎片的每个断裂面，分别计算断裂面的特征串，然后通过计算豪斯多夫距离，找到潜在碎片集中与待匹配碎片上每个断裂面最佳匹配的碎片，进行碎片重组。

进一步地，所述的对于待匹配碎片上的每个断裂面，以及潜在碎片集中每个碎片的每个断裂面，分别计算断裂面的特征串，然后通过计算豪斯多夫距离，找到潜在碎片集中与待匹配碎片上每个断裂面最佳匹配的碎片，进行碎片重组，包括：

对于待匹配碎片上的每个断裂面，通过断裂面上的所有特征点，利用最大曲率、最小曲率构造有序对，得到断裂面的特征串；采用同样的方法得到潜在碎片集中每个断裂面的特征串；