[發明專利]一種基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法

有效

• 申請號: 201210281484.2
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102854147A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 侯妙樂;吳育華;胡云崗
• 申請（專利權）人: 北京建筑工程學院
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/31
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本發明涉及一種壁畫底稿信息提取方法，尤其涉及一種基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法。

背景技術

壁畫是附著于古代建筑物上的彩色繪畫，主要用于裝飾建筑物，是反映古代人類社會生活、宗教信仰和藝術審美等歷史文化的重要物質載體。壁畫從不同的角度展示了各個時期歷史文化與藝術的結合情況，而底稿是壁畫繪制過程中的首要信息，它描述了壁畫內容的主要輪廓信息，充分反映了繪畫者的初始繪制要義，展示了不同歷史時期的繪畫技法，因此提取壁畫的底稿信息有助于研究者深入探測早期藝術家們的歷史信息，深刻認識歷史的發展軌跡和狀態。

由于壁畫顏料及不同病害的覆蓋，壁畫底稿信息變得模糊甚至不可見，但是鑒于底稿信息繪制顏料的特殊性，可以通過特定波長下的光譜表現出來。例如，利用多光譜紫外熒光和紅外攝影技術采集壁畫信息，深入了解了壁畫的原始繪畫內容等；或者，利用多光譜成像技術采集油畫的影像，提取了自然光條件下肉眼無法探測的底稿信息；又或者，通過獲取油畫的近紅外影像，對底稿線條進行分類處理來確定繪制的工具；以及，采用高光譜成像技術獲取歷史文本，并根據不同墨水的波譜特性，提取了部分底稿文本信息。

這些方法主要采用的是目視判別以及區域性分類手段來獲取壁畫的底稿信息，可直觀的獲取底稿信息，但較為費時費力，不利用實現壁畫底稿信息的自動化提取。

發明內容

本發明針對現有技術的弊端，提供一種基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法。

本發明所述的基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法，包括如下步驟：

步驟一，選取預定區域的壁畫為樣本，并獲取該壁畫樣本的高光譜數據信息；

步驟二，對上述高光譜數據信息進行主成分分析，以獲取包含該高光譜數據信息中有效特征信息的主成分；其中，所述主成分為高光譜數據信息中各個波段的線性組合；

步驟三，根據各個波段的權重值而選取出主成分中的特征波段，并由選取出的特征波段合成新的影像；

步驟四，計算所述新的影像的像元統計數據、以及壁畫的高光譜數據信息所包含的像元統計數據，將所述壁畫對應的像元統計數據與所述新的影像的像元統計數據進行比較并確定相似度，選取相似度超過設定閾值的壁畫的像元為壁畫的底稿像元。

本發明所述的基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法的步驟一中，選取表面質地光滑平坦、和/或病害侵害程度低、和/或底稿為含碳顏料繪制的壁畫為樣本。

本發明所述的基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法的步驟二中，

設X＝(X₁，X₂，...，X_n)^T為高光譜數據信息的n維隨機向量，其中X_i＝(X_i1，X_i2，...，X_in)^T(i＝1，2，..，n)是第i個擁有n個指標的樣本；X的均值向量為E(X)＝μ，X的協方差為R(X)＝V≥0；

則基于樣本協方差矩陣R提取主分量的過程如下：

求R矩陣的特征值及特征矢量，所求得特征值按降序排列為a₁≥a₂≥...≥a_n≥0，與其所對應的特征矢量分別記為β₁，β₂，...，β_n；

確定m個主分量y₁，y₂，...，y_m；其中i＝1，2，...，m；式中：B_i為由m個主成分矢量β_i構成的主成分矢量矩陣。

本發明所述的基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法的步驟三中，所述各個波段的權重值為預先設置；

根據各個波段的權重值繪制權重值與波段對應關系的曲線，該曲線的波峰及波谷部分所對應的波段即為特征波段。

本發明所述的基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法中，將高光譜成像技術用于壁畫底稿信息提取，針對所獲取的高光譜影像數據量大，相鄰波段間相關性高的特點，先用主成分分析的方法對數據進行降維處理，再對特征波段進行提取和分析，最后通過監督分類對壁畫底稿信息進行提取，能夠明顯提高底稿信息提取效率。

附圖說明

圖1為本發明所述基于高光譜數據的壁畫底稿信息提取方法的流程示意圖。

具體實施方式