[發明專利]一種基于遺傳算法的壁畫脫落病害自動修復方法

有效

• 申請號: 202010521619.2
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111754426B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 盆海波;王兆霞;王雙雙
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T11/40;G06N3/12
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發明涉及一種基于遺傳算法的壁畫脫落病害自動修復方法，包括以下步驟：采集數字化壁畫脫落圖像，通過數學形態學對壁畫脫落病害圖像進行標注；通過遺傳算法對脫落破損區域的結構信息和紋理信息分別進行修復。本發明充分利用壁畫脫落本身顏色特征，在脫落病害自動標注過程中使用多尺度形態學邊緣梯度檢測提取邊緣信息，通過圖像增強技術突出圖像的目標區域，獲取脫落邊緣；然后利用遺傳算法的優化性能，根據脫落破損區域的結構信息和紋理信息分別進行修復，恢復壁畫圖像中丟失的信息，使壁畫圖像更加清晰與自然，從而保持與原始壁畫圖像具有一定相似精度的整體視覺效果，使得恢復效果更為準確有效。

技術領域

本發明屬于數字化圖像處理技術領域，尤其是一種基于遺傳算法的壁畫脫落病害自動修復方法。

背景技術

壁畫文化是我國文化遺產不可或缺的一角，作為壁畫的代表，敦煌壁畫包括敦煌莫高窟、西千佛洞、安西榆林窟等多個石窟壁畫，主要涉及佛像畫、經變畫、人畫像、裝飾畫、山水畫、故事畫等多種類別，歷代壁畫多達五萬多平方米。其中敦煌莫高窟內保存有十六國、隋、唐、五代、元等十多個朝代的壁畫，其壁畫種類豐富，內容繁多，具有珍貴的歷史、文化和藝術價值；但是莫高窟也在遭遇著相應的變化，在外界環境以及人為因素的影響下，壁畫出現脫落、起甲、裂縫、地仗酥堿等多種病害，這些病害對壁畫造成了不可逆的傷害。

針對上述病害，傳統修復方法主要采用手工修復方式對壁畫進行修復。由于存在專業技術人員的匱乏、修復手段單一、耗費時間長、修復效率低等問題，使得壁畫保護形勢嚴峻。隨著計算機技術、圖像處理技術等新興技術的出現，壁畫數字化在壁畫保護工作中發揮越來越重要的作用，并作為一種發展趨勢被國家和文物科研工作者所重視。通過古建筑壁畫的數字化采集，使得壁畫通過現代化的數字技術進行永久保存，同時利用計算機圖像領域的最新理論和方法對壁畫進行標注與修復，為古建筑壁畫的保護提供有效的技術支撐。

數字化圖像修復技術的最終目標是實現對古建筑壁畫的復原功能，即運用先進人工智能技術完成對壁畫的修復。首先，應用高分辨率相機將連續的模擬壁畫圖像信號轉換成離散的壁畫數字信號；其次，對數字壁畫圖像進行修復和復原。現有的數字圖像修復方法對于脫落病害的修復一般是結構和紋理同時修復，但此類方法對經過輪廓線的脫落病害修復效果甚微，由此可見經過輪廓線的脫落病害更難修復，需要對其進行探索更合適的修復方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于遺傳算法的壁畫脫落病害自動修復方法，解決不能對壁畫脫落病害進行有效恢復的問題。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于遺傳算法的壁畫脫落病害自動修復方法，包括以下步驟：

步驟1、采集數字化壁畫脫落圖像，通過數學形態學對壁畫脫落病害圖像進行標注；

步驟2、通過遺傳算法對脫落破損區域的結構信息和紋理信息分別進行修復；該步驟的具體方法包括以下步驟：

⑴采用Canny邊緣檢測算法對標注后的壁畫結構信息進行提取，獲取輪廓線相關信息及周圍信息；所述輪廓線相關信息是指與破損區域相接觸的各條相關輪廓線；所述周圍信息是與破損區域相接觸的周圍圖像的基本特征，包括平均亮度、對比度及曲線平滑度；

⑵構建遺傳算法目標函數，查找匹配的輪廓線，恢復圖像受損區域中的結構信息；該步驟的具體方法包括以下步驟：

①提出如下優化目標假設：至少存在一對匹配的相關輪廓線；匹配的相關輪廓曲線必須有可能在破損區域進行連接；

②采用曲線擬合的方法對遺傳算法目標函數進行設計，將優化目標轉換成目標函數；該步驟的具體實現方法為：

對于任何一個輪廓線，設y＝f(x)，其在任意點x的曲率計算公式：

目標函數表示為：