簡(jiǎn)牘圖像中文字修復(fù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、簡(jiǎn)牘是我國(guó)古代在紙張發(fā)明以前主要的文字載體，保存了豐富的歷史文化信息，是中華民族寶貴的古代文化遺存；同時(shí)，簡(jiǎn)牘文字內(nèi)容豐富、書(shū)體多樣，演繹了中國(guó)軟筆書(shū)法史的幾個(gè)重要階段，是我國(guó)民族書(shū)法藝術(shù)中的瑰寶，因此對(duì)于簡(jiǎn)牘文字修復(fù)的研究與應(yīng)用具有極其重要的史料研究意義和文化藝術(shù)價(jià)值。文物修復(fù)是文物保護(hù)工作中一項(xiàng)不可缺少的重要工作。由于大多數(shù)簡(jiǎn)牘實(shí)物在出土前在地下渡過(guò)了悠長(zhǎng)的歷史時(shí)期，加之簡(jiǎn)牘本身的竹木材質(zhì)屬于易受腐蝕的有機(jī)物，使得出土簡(jiǎn)牘上的文字大

2、多呈現(xiàn)出文字脫落、墨跡擴(kuò)散、字跡模糊、筆畫(huà)斷裂等現(xiàn)象，大大增加了簡(jiǎn)牘文字信息提取和簡(jiǎn)牘文物修復(fù)的難度。 本文在對(duì)簡(jiǎn)牘實(shí)物圖像進(jìn)行了大量分析和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了將數(shù)字圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于簡(jiǎn)牘圖像文字修復(fù)處理的新方法。該方法先后包括5個(gè)主要處理步驟： (1)簡(jiǎn)牘圖像灰度化轉(zhuǎn)換。本文的主要研究對(duì)象是簡(jiǎn)牘圖像中的文字信息(即文字筆畫(huà)的大小、形狀和位置等)，而原始的簡(jiǎn)牘圖像是RGB彩色圖像，它包

3、括了大量冗余的色彩信息，使得有效文字信息占全部信息的比例較低，同時(shí)考慮到目前研究和應(yīng)用得已非常成熟的經(jīng)典處理算法都是基于灰度圖像上進(jìn)行的。因此，本文首先引入數(shù)字圖像處理中的圖像轉(zhuǎn)換將24比特/像素的RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換為了8比特/像素的灰度圖像，在理論上為后續(xù)處理節(jié)省了2/3的存儲(chǔ)空間和處理時(shí)間。 (2)簡(jiǎn)牘文字輪廓提取處理。經(jīng)過(guò)大量的簡(jiǎn)牘實(shí)物研究和對(duì)簡(jiǎn)牘圖像灰度直方圖的分析，本文發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)的設(shè)置灰度閥值方法無(wú)法將簡(jiǎn)牘上的文字信

4、息從圖像背景中分割出來(lái)，同時(shí)本文認(rèn)為文字輪廓信息是簡(jiǎn)牘文字的主要信息，在無(wú)法將整個(gè)文字的像素集合從背景像素集合中分離出來(lái)的情況下，轉(zhuǎn)而提取文字的筆畫(huà)輪廓信息也是一種可行地提取文字信息的途徑。因此，本文引入Canny邊緣檢測(cè)算了來(lái)提取簡(jiǎn)牘文字的文字輪廓，Canny邊緣算子與其它邊緣檢測(cè)算子相比具有邊緣檢測(cè)正確、邊緣定位精確、單像素邊緣響應(yīng)等特性，大量試驗(yàn)結(jié)果證明，該算子具有較好的文字輪廓提取效果。 (3)人機(jī)交互下的修復(fù)處理。本文

5、經(jīng)過(guò)大量的算法研究和試驗(yàn)認(rèn)為，由于出土簡(jiǎn)牘文字信息的損害特點(diǎn)，完全寄希望于用一種智能的算法來(lái)修復(fù)文字是比較困難的，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中人機(jī)交互的思想是一種較有效的方法。單像素邊緣的閥值輪廓圖像完全可以在人機(jī)交互的模式下利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的鉛筆和橡皮擦工具對(duì)文字輪廓進(jìn)行手工修復(fù)。因此，本文在開(kāi)源項(xiàng)目ImageJ的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于簡(jiǎn)牘文字修復(fù)處理的二次開(kāi)發(fā)，在Java，語(yǔ)言的AWT體系下實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)牘文字輪廓修復(fù)的人機(jī)交互處理界面。

6、 (4)簡(jiǎn)牘文字輪廓填充處理。經(jīng)過(guò)上一步在人機(jī)交互模式下的簡(jiǎn)牘文字輪廓修復(fù)處理得到了完整的簡(jiǎn)牘文字輪廓曲線圖像，需要按照簡(jiǎn)牘文字的書(shū)法特征用黑色填充色將輪廓曲線所包含的文字筆畫(huà)部分進(jìn)行填充處理，從而得到復(fù)原的簡(jiǎn)牘文字筆畫(huà)圖像。因此，本文首先引入連通域檢測(cè)算法標(biāo)記出了簡(jiǎn)牘文字輪廓曲線之間的相互關(guān)系，再在對(duì)簡(jiǎn)牘文字的輪廓特性研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了填充簡(jiǎn)牘文字輪廓曲線的算法。簡(jiǎn)牘文字圖像的復(fù)原結(jié)果在保留了原有書(shū)法特征的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)牘文字信

7、息的數(shù)字化建檔、數(shù)字化管理和數(shù)字化展示。 (5)簡(jiǎn)牘文字虛擬重現(xiàn)處理。先前的簡(jiǎn)牘圖像處理實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)牘文字信息的修復(fù)，但為了滿足簡(jiǎn)牘文物展覽的需要，需要將承載簡(jiǎn)牘文字信息的載體進(jìn)行相關(guān)復(fù)原處理。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在文物古跡的虛擬復(fù)原和虛擬展覽上應(yīng)用得非常廣泛和成熟，被國(guó)際考古界稱之為考古信息可視化技術(shù)，因此，本文最后引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)簡(jiǎn)牘實(shí)體進(jìn)行了虛擬建模，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)牘文物基于互聯(lián)網(wǎng)的三維虛擬展示平臺(tái)的場(chǎng)景構(gòu)建和動(dòng)態(tài)交互。 此外

8、，本文在研究過(guò)程中注重理論結(jié)合實(shí)踐，以應(yīng)用為目的，基于本文的研究?jī)?nèi)容，為長(zhǎng)沙簡(jiǎn)牘博物館的考古專家開(kāi)發(fā)了一套簡(jiǎn)牘文字輔助考古軟件。通過(guò)實(shí)踐表明，一方面，圖像處理算法與人機(jī)交互處理相結(jié)合的方法具有操作簡(jiǎn)潔、實(shí)用可靠、修復(fù)效果較好等優(yōu)點(diǎn)。圖像處理算法保留了大部分原有的書(shū)法特征，在人機(jī)交互處理中修復(fù)人員只需簡(jiǎn)單地依靠人類大腦對(duì)人類文字的先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)所修復(fù)的輪廓進(jìn)行涂抹和勾劃操作，手動(dòng)修復(fù)的文字輪廓和原有的文字輪廓的近似程度很高，保證了原始作者的