[發明專利]一種針對壁畫圖像的線描圖生成方法

在審

• 申請號: 201710917202.6
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107909592A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 孫迪;張加萬;潘剛;詹睿
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/136;G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

涉及針對壁畫圖像的線描圖生成技術，尤其是針對彩色壁畫圖像的平滑去噪和輪廓提取技術。

背景技術

壁畫是我國珍貴的文化遺產之一，而起底于敦煌壁畫的線描畫，既是中國傳統繪畫特有的一種繪畫方式，又是一種特殊的壁畫保護手段，具有重要的研究價值。傳統的線描繪制主要依靠手工操作。由于壁畫的特殊性,畫工只能依靠局部燈光進行繪制；隨著多媒體技術的推廣,改為對洞窟壁畫進行拍照或錄制,畫工再比對著數字壁畫進行線描繪制工作。依靠手工進行線描繪制的過程十分復雜并且非常耗時,與壁畫面臨的威脅蔓延的速度相比,以此達到保護壁畫的目的十分微小.利用計算機和圖像處理技術,對壁畫進行線描生成過程,既不會對文物造成損害,也具有高效、可復用等傳統方法沒有的特點.因此有必要針對數字化壁畫開展線描圖生成技術研究。

線描圖生成關鍵技術涉及邊緣提取。典型的邊緣提取算子有Canny[1]等。但將這些算子直接應用于線描畫的提取時,會對筆道兩側產生響應,從而出現同一筆道對應2個邊緣的情況。全局邊緣概率檢測算子(Glabalized Probability of a Boundary,gPb)[2]具有較高的準確率,并且對于一些較細的筆道只生成一條邊緣,但是其寬度為單像素、連續性也較差.如果不進行骨架提取處理,gPb算子的結果雖然能夠體現筆道的寬度,但是無法提取比較密集的筆道。基于流的高斯差(FDoG)算法[3]使用基于流的各向異性過濾器來代替傳統的邊緣檢測算子,用非線性核對向量場進行濾波以構建邊緣正切流,使得顯著邊緣保留其原有方向,弱邊緣的方向與其鄰域內顯著邊緣的方向一致，是一種有效的線條表示方法。但自然或人為因素的影響，壁畫圖像普遍面臨缺損裂紋氧化等現象，故圖像中存在大量噪聲,或很多不必要的細節,因此必須考慮對壁畫圖像采用平滑或者去噪技術來進行預處理操作。

參考文獻：

[1]莊軍,李弼程,陳剛.一種有效的文本圖像二值化方法.微計算機信息,2005(8):56-58.

[2]陳丹,張蜂,賀貴明.一種改進的文本圖像二值化算法.計算機工程,2003(13):85-86.

[3]J.Bernsen.Dynamic Thresholding of Gray level.Internal Conference on Pattern Recognition,1986:1251-1255.

發明內容

本發明提出一種針對壁畫圖像的線描圖生成方法，能將彩色壁畫圖像自動轉換為對應的線描圖，具有抗干擾能力強、適用范圍廣等特點。技術方案如下：

一種針對壁畫圖像的線描圖生成方法，包括下列步驟：

(1)使用全局變分平滑濾波器對輸入的原圖進行平滑預處理，得到平滑圖像I；

(2)將平滑圖像I轉換為灰度圖像I₀，其紅、綠、藍三通道圖像分別用I_R、I_G和I_B表示；

(3)基于高斯模糊對I₀進行高頻濾波提升，處理結果用I₂表示；

(4)構造出邊緣切向流場，再利用改進的FDoG濾波器方法抽取出具有增強效果的線條圖，輸出結果用H'表示，采用如下過程進行輪廓提取：

第1步：從平滑圖像I中構建邊緣正切流場，t(x)表示局部邊緣方向，在其垂直方向有最大對比度，即梯度方向；

第2步：在構造出邊緣切向流場的基礎上，改進FDoG方法,利用高頻提升提取的線條強化壁畫的特點，把原輸入的灰度圖像I₀替換成它與高頻濾波提升結果I₂相乘后得到的結果I_m，定義新的FDoG濾波器H(x)；

(5)采用中值濾波技術對圖像H’進行濾波處理。

本發明的有益效果有：1)具有較強的抗噪聲干擾能力；2)生成的線描圖能保留壁畫的主結構和藝術風格。

附圖說明

圖1所提方法框圖

圖2所提方法處理過程示例圖

(a)輸入圖像 (b)平滑結果 (c)灰度圖

(d)灰度增量圖 (e)高頻提升結果 (f)線描提取和去噪結果

圖3部分實驗結果 (a)三幅輸入的壁畫圖像 (b)三幅壁畫線描生成結果

具體實施方式