專利名稱：一種對破損圖畫進行高保真修復(fù)及輸出的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對破損圖畫進行高保真修復(fù)及輸出
的方法。
背景技術(shù)：
在日常生活中，經(jīng)常有一些珍貴的舊照片需要擴?。辉趯吓f圖畫檔案處理時，也有不少古代字畫文物需要重新裝裱、復(fù)印，這些資料經(jīng)常存在有破損的區(qū)域，因此如何高保真的印刷、輸出這些圖畫，一直是人們期待解決和關(guān)注的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對破損圖畫進行高保真修復(fù)及輸出的方法，使得原稿圖畫信息得到高保真的印刷、輸出。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是， 一種對破損圖畫進行高保真修復(fù)及輸出的方法，該方法按照以下步驟實施， 步驟1、首先利用掃描儀對需修復(fù)的破損圖畫掃描，得到RGB格式的數(shù)字稿；
步驟2、利用數(shù)字修復(fù)技術(shù)對RGB格式的數(shù)字稿中的破損區(qū)域進行修復(fù)處理，得到完整的RGB格式的數(shù)字修正稿； 步驟3、對掃描儀特性化，得到色彩空間值RGB與LW的關(guān)系，據(jù)此RGB與LW
關(guān)系將步驟2得到的完整的RGB格式的數(shù)字修正稿轉(zhuǎn)換成LW格式圖像； 步驟4、對打印機標(biāo)定，得到LW與CMYK色彩空間的對應(yīng)關(guān)系，據(jù)此對應(yīng)關(guān)系將
步驟3得到的LW格式圖像轉(zhuǎn)換成CMYK格式，從而打印輸出，得到修復(fù)良好的原稿圖片。 本發(fā)明方法的有益效果是，能夠修復(fù)原稿圖畫中的破損區(qū)域圖像信息，以及保證
打印輸出的圖畫在色彩上與原稿高度一致。


圖1是本發(fā)明方法的修復(fù)及輸出破損圖畫流程示意 圖2是本發(fā)明方法中的掃描儀特性化流程示意 圖3是本發(fā)明方法中的破損區(qū)域及其鄰域示意 圖4是本發(fā)明方法中的修復(fù)過程示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。 如圖1 ，是本發(fā)明的破損圖畫高保真修復(fù)及輸出方法，主要涉及高精度記錄原稿圖
畫、修復(fù)圖畫破損區(qū)域以及高精度輸出圖畫三個部分，該方法按照以下步驟實施 步驟1、首先利用掃描儀對原稿圖畫掃描，得到RGB格式的數(shù)字稿； 步驟2、利用數(shù)字修復(fù)技術(shù)對RGB格式的數(shù)字稿中的破損區(qū)域進行修復(fù)處理，得到完整的RGB格式的數(shù)字修正稿； 步驟3、對掃描儀特性化，得到色彩空間值RGB與LW的關(guān)系，據(jù)此RGB與L*a*b*的關(guān)系將步驟2得到的完整的RGB格式的數(shù)字修正稿轉(zhuǎn)換成LW格式圖像；
步驟4、對打印機標(biāo)定，得到LW與CMYK色彩空間的對應(yīng)關(guān)系，據(jù)此對應(yīng)關(guān)系將步驟3得到的LW格式圖像轉(zhuǎn)換成CMYK格式，從而打印輸出，得到修復(fù)良好的原稿圖片。
本發(fā)明方法實施例以修復(fù)輸出一幅破損舊照片為例，首先利用掃描儀對舊照片原稿掃描，得到RGB格式的數(shù)字稿，然后利用數(shù)字修復(fù)技術(shù)對破損區(qū)域進行修復(fù)處理，得到完整的RGB格式的數(shù)字修正稿；然后對掃描儀特性化，得到色彩空間值RGB與LW的關(guān)系，據(jù)此將舊照片完整的RGB格式的修正稿轉(zhuǎn)換成LW格式圖像；最后對打印機標(biāo)定，得到LW與CMYK色彩空間的對應(yīng)關(guān)系，并據(jù)此將上述的LW格式圖像轉(zhuǎn)換成CMYK格式，從
而打印輸出，得到修復(fù)好的舊照片圖像。
第一、掃描儀特性化。 掃描儀特性化實質(zhì)上就是將RGB色彩空間轉(zhuǎn)換成LW色彩空間，從而可以將掃描后的RGB圖像轉(zhuǎn)換成LW圖像，保證色彩傳遞的準(zhǔn)確性。 如圖2，本發(fā)明掃描儀特性化具體流程如下首先選擇一標(biāo)準(zhǔn)的色靶，然后使用掃描儀對色靶上的每個色塊進行掃描，經(jīng)圖像處理得到每個色塊的RGB值；同時，利用分光光度計測量色塊的lw值；最后利用每個色塊相互對應(yīng)的RGB和lw值，建立RGB和lw兩種色彩空間的關(guān)系模型。本發(fā)明方法中采用了一種最高次為四次的多項式回歸方法，完成對掃描儀的特性化工作，其中RGB和LW的多項式表達關(guān)系如下 fL (R， G， B) = a 。+ a ^+ a 2G+ a 3B+ a 4RG+ a 5GB+ a 6RB+ a 7R2+ a 8G2+ a 9B2+ a 10RGB+a UR2G+ a 12R2B+ a 13G2R+ a 14G2B+ a 15B2R+ a 16B2G+ a 17R3+ a 18G3+ a 19B3+ a 20R2G2+ a 21R2B2+ a 22G2B2+ a 23R4+ a 24G4+ a 25B4 (多項式1) f a (R， G， B) = P 。+ P 3+ P 2G+ P 3B+ P 4RG+ P 5GB+ P 6RB+ P 7R2+ P 8G2+ P 9B2+ P 10RGB+P nR2G+ P 12R2B+ P 13G2R+ P 14G2B+ P 15B2R+ P 16B2G+ P 17R3+ P 18G3+ P 19B3+ P 20R2G2+ P 21R2B2+ P 22G2B2+ P 23R4+ P 24G4+ P 25B4 (多項式2) fb (R， G， B) = Y 0+ Y 3+ Y 2G+ Y 3B+ Y 4RG+ Y 5GB+ Y 6RB+ Y 7R2+ Y 8G2+ Y 9B2+ Y 10RGB+Y nR2G+ y 12R2B+ y 13G2R+ y 14G2B+ y 15B2R+ y 16B2G+ y 17R3+ y 18G3+ y 19B3+ y 20R2G2+ y 21R2B2+ y 22G2
b2+y23r4+y24g4+y25b4 (多項式3) 上述三個多項式中，R，G，B分別代表某色塊被掃描后的RGB顏色值，其數(shù)值范圍都在0 55之間；L*、 a*、 b*分別代表色塊在CIE LW顏色空間的三個分量，L*取值范圍為0 100， &*取值范圍為-128 127， l/取值范圍為-128 127 ;函數(shù)fL(R， G， B)代表RGB顏色值與LW值中的L*分量之間的函數(shù)關(guān)系；函數(shù)fa(R， G， B)代表RGB顏色值與LW值中的3*分量之間的函數(shù)關(guān)系；函數(shù)fb(R，G，B)代表RGB顏色值與LW值中的l/分量之間的函數(shù)關(guān)系；而a?！?5， P。—25， Y。^分別代表未知的常數(shù)系數(shù)。 以上三個多項式中，a 、 13 、 Y分別為方程式中的系數(shù)，利用采集到的建模數(shù)據(jù)以及最小二乘法即可求解。在獲取了該78個參數(shù)后，即可計算出任意給定的RGB值所對應(yīng)的lAiV值。 本發(fā)明選用ITS. 7/2標(biāo)準(zhǔn)色耙進行特性化處理，采樣顏色區(qū)為色耙中的Al到L12
的12X12色塊組成。 第二、數(shù)字圖像修復(fù)處理。 其一、數(shù)字圖像修復(fù)主要處理RGB圖像中的破損區(qū)域，如圖3，假設(shè)D為破損區(qū)域，E為包含D外部且完全包含它的一個區(qū)域，修復(fù)的基本原理是將E中的信息盡量連續(xù)的延伸到D內(nèi)部，這個過程中D逐漸縮小，直至所有像素被修復(fù)完畢。 如圖4，修復(fù)過程始終在D的外邊界上進行，對于該邊界上的一點s，選取它周圍的一組鄰域象素作為信息來源，綜合這些點的信息對點s進行填充。如果利用修補區(qū)域外距離s點r個象素范圍的一系列點Br時，s點的最終象素值就是Br中所有像素信息的綜合，s點的象素值可表示為 M(S)=
-1 (1) 其中u(p)為s的鄰域Br中的一點p的像素值，w(s，p)為p點對s點像素值貢獻的權(quán)重。 選以s為中心的5X5鄰域范圍內(nèi)的點作為修復(fù)數(shù)據(jù)源，其位置關(guān)系及相應(yīng)權(quán)重可
以用鄰域模板結(jié)構(gòu)表示，如下表1。
表1鄰域模板結(jié)構(gòu)表
W(s， 1)w(s，2)w(s，3)w(s，4)w (s， 5)
W(s，6)w(s，7)w(s，8)w(s，9)w(s， 10)
w(s， 11)w(s， 12)0w(s， 13)w(s， 14)
w(s， 15)w(s，16)w(s， 17)w(s， 18)w(s， 19)
w(s，20)w(s，21)w(s，22)w(s，23)w(s，24) 模板中的w(s，p) (p = 0，1，2. . . 24)表示第p個點的權(quán)重，如果p點為修補區(qū)域內(nèi)的點，則令w (s， p) = 0，這樣就保證了對s修補用的點都來自修補區(qū)域之外的點了 ，也就排除了修補區(qū)域內(nèi)點錯誤信息的干擾。 下面分析任意一點p的像素值延伸到s點的數(shù)值，由于梯度方向是變化最快的方向，所以P對s的影響量可以用下式(2)表示
w , 、 , 5w、 其中，V"(P) = (77 ， 77)
""p)-"0)-V"(/7廣(/;—" 欲^ (2) 由于距離s點越遠的點p對它影響越小，因此w(s，p)被定義為二者的歐式距離參45]
其中sx和sY分別代表s點的x和y坐標(biāo)值，px和pY分別代表p點的x和y坐標(biāo) 其二、邊界各點的修補順序 為了盡量與手工修補一致，理想的修補順序是先從破損區(qū)域外部邊界開始，然后
沿邊界向內(nèi)不斷修補，整個修補過程中，破損邊界不停的收縮，待收縮成一點時修補算法就
停止。由于水平集算法主要描述一直向外擴散或向內(nèi)收縮的幾何輪廓線，因此可以將修補
邊界作為向內(nèi)收縮的曲線，利用該算法調(diào)整修補區(qū)域內(nèi)像素的修補順序。 考慮到修補區(qū)域內(nèi)外的特征，使用改進了水平集算法中的Eikonal方程為 |Vr| = 1 (在邊界上T = 0) (4) 其中T(x，y)表示曲線經(jīng)過坐標(biāo)(x，y)的時間，|^1是T的梯度范數(shù)。而該式的離 散求解過程可以表示為 max (D—XT ， _D+XT ， 0) 2+max (D—yT ， _D+yT ， 0)2 = 1 (5) 其中DX代表x方向的后向差分算子；其中D+x代表x方向的前向差分算子；其中D—y 代表y方向的后向差分算子；其中D+y代表y方向的前向差分算子。 從上式可以看出這相當(dāng)于令速度函數(shù)F二 l，也就是修補區(qū)域邊界上各點以相同
速度向內(nèi)收縮，從而使待修補區(qū)域在修補過程中一直保持原來的輪廓形狀，保證了圖像的
修補順序與手工修補圖像順序的相似性。這里，把T定義為點到修補區(qū)域邊界的距離函數(shù)。
這樣的話，T的零水平集恰恰是修補區(qū)域的邊界，而修補區(qū)域邊界的法線方向則是Vr 。 然后對要修補的圖像進行預(yù)處理，對于圖像中的每一點設(shè)定三個值，即T、f和I。
其中，T是該點到修補邊界的距離；1為該點的象素值；f為該點的標(biāo)志，可以取為Alive、
Narrowband或Faraway三個值，其意義如下 Alive :說明該點在修補邊界外部，它的T值和I值已知； Narrowband :說明該點在修補區(qū)域的邊界上，其T值和I值正待更新； Faraway :說明該點在修補區(qū)域內(nèi)部，其T值和I值未知。 圖像修補的原則就是修補工作一直在待修補區(qū)域的邊界上進行，通過控制修補區(qū) 域邊界的向內(nèi)收縮來達到修補整個區(qū)域的目的。所以，圖像修補區(qū)域各點的修補過程可以 描述為 1、初始化 a).首先對要修補的圖像手工制作二值蒙版，要修補的區(qū)域在蒙版上對應(yīng)位置為 黑色(象素值為0)，不需要修補部分為白色(象素值為1); b).對應(yīng)于蒙版圖像上的同一位置，若待修補圖像上某點象素值I(x，y) =0，說明 該點在要修補的區(qū)域內(nèi)，令f (x， y) = Faraway, T(x， y) = + °o ; c).若I(x， y) = l，說明該點在要修補的區(qū)域外，令f(x， y) = Alive， T(x， y)= 0 ; d).若I(x， y) = 0且點(x， y)的四鄰域中存在點(i， j)滿足I(i， j) = l，就將該點定義為邊界點，令f (x， y) = Narrowband。 e).將f值為Narrowband的象素放入一個名為Band的堆棧中，按照T值從小到大
的順序?qū)λ鼈兣帕小?
I工、修補 a).從Band中選擇具有最小T值的點，設(shè)為(imin， jmin);
b).將點(imin， jmin)的f值改為Alive，從Band點集中刪除；C) 將(imin， jmin)白勺鄰域點(imin_i， Jmin) 、 (imin+l， Jmin) 、 (imin， Jmin—1) 、 (imin， Jmin+i)中
f值為Faraway的點加入到Band中，并利用修復(fù)算法將其修復(fù)；
d).根據(jù)式(5)更新鄰域點的T值；
e).轉(zhuǎn)回到步驟II. a)繼續(xù)修復(fù)； f).當(dāng)Band中沒有新的象素加入時，說明修復(fù)區(qū)域，經(jīng)填充好，即可結(jié)束循環(huán)。
第三、打印機標(biāo)定 打印機標(biāo)定是將LW圖像轉(zhuǎn)換成CMYK圖像，保證在視覺效果上打印稿與原稿的 一致性，該部分的具體技術(shù)方案參照專利200810150763. 9。 本發(fā)明的方法，能夠修復(fù)原稿圖畫中的破損區(qū)域圖像信息，保證打印輸出的圖畫 在色彩及圖案上與原稿高度一致。
權(quán)利要求
一種對破損圖畫進行高保真修復(fù)及輸出的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟實施，步驟1、首先利用掃描儀對需修復(fù)的破損圖畫掃描，得到RGB格式的數(shù)字稿；步驟2、利用數(shù)字修復(fù)技術(shù)對RGB格式的數(shù)字稿中的破損區(qū)域進行修復(fù)處理，得到完整的RGB格式的數(shù)字修正稿；步驟3、對掃描儀特性化，得到色彩空間值RGB與L*a*b*的關(guān)系，據(jù)此RGB與L*a*b*關(guān)系將步驟2得到的完整的RGB格式的數(shù)字修正稿轉(zhuǎn)換成L*a*b*格式圖像；步驟4、對打印機標(biāo)定，得到L*a*b*與CMYK色彩空間的對應(yīng)關(guān)系，據(jù)此對應(yīng)關(guān)系將步驟3得到的L*a*b*格式圖像轉(zhuǎn)換成CMYK格式，從而打印輸出，得到修復(fù)良好的原稿圖片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中對破損區(qū)域進行修復(fù)處理，具體步驟是，假設(shè)D為破損區(qū)域，E為包含D外部且完全包含它的一個區(qū)域，將E中的信息盡量連續(xù)的延伸到D內(nèi)部，這個過程中D逐漸縮小，直至所有像素被修復(fù)完畢，修復(fù)過程始終在D的外邊界上進行，對于該邊界上的一點s，選取它周圍的一組鄰域象素作為信息來源，綜合這些點的信息對點s進行填充，如果利用修復(fù)區(qū)域外距離s點r個象素范圍的一系列點Br時，s點的最終象素值就是Br中所有像素信息的綜合，s點的象素值表示為<formula>formula see original document page 2</formula>其中U(p)為S的鄰域Br中的一點P的像素值，W(S， P)為P點對S點像素值貢獻的權(quán)重，其中的w(s，p)表示第p個點的權(quán)重，p = 0，1，2...24，如果p點為修復(fù)區(qū)域內(nèi)的點，則令w(s，p) = O，使對s修復(fù)用的點都來自修復(fù)區(qū)域之外的點，P對s的影響量可以用下式(2)表示<formula>formula see original document page 2</formula>(3)邊界各點的修補順序為，使用水平集算法中的Eikonal方程為lvr卜i(在邊界上r-o) (4)其中T(x， y)表示曲線經(jīng)過坐標(biāo)(x， y)的時間,"是T的梯度范數(shù)，把T定義為點到修復(fù)區(qū)域邊界的距離函數(shù)，T的零水平集是修復(fù)區(qū)域的邊界，而修復(fù)區(qū)域邊界的法線方向則是V 7 ，而該式的離散求解過程可以表示為max (D—XT， _D+XT， 0) 2+max (D—yT， _D+yT， 0)2 = 1 (5)其中D—x代表X方向的后向差分算子；其中D+x代表X方向的前向差分算子；其中D—M戈表y方向的后向差分算子；其中D+y代表y方向的前向差分算子，對于圖像中的每一點設(shè)定三個值，即T、f和I，其中，T是該點到修復(fù)邊界的距離；1為該點的象素值；f為該點的標(biāo)志，分別取為Alive、 Narrowband或Faraway,其意義如下Alive :說明該點在修復(fù)邊界外部，它的T值和I值已知；Narrowband :說明該點在修補區(qū)域的邊界上，其T值和I值正待更新；Faraway :說明該點在修補區(qū)域內(nèi)部，其T值和I值未知；圖像修補區(qū)域各點的修補過程具體步驟為1、初始化a) .首先對要修補的圖像手工作二值蒙版，要修補的區(qū)域在蒙版上對應(yīng)位置為黑色，其象素值為0 ;不需要修補部分為白色，其象素值為1 ;b) .對應(yīng)于蒙版圖像上的同一位置，若待修補圖像上某點象素值I(x，y) =0，說明該點在要修補的區(qū)域內(nèi)，令<formula>formula see original document page 3</formula>c) .若I(x，y) = l，說明該點在要修補的區(qū)域外，令<formula>formula see original document page 3</formula>d) .若I(x，y) =0且點(x， y)的四鄰域中存在點(i， j)滿足I(i， j) ==1，將該點定義為邊界點，令<formula>formula see original document page 3</formula>e) .將f值為Narrowband的象素放入一個名為Band的堆棧中，按照T值從小到大的順序?qū)λ鼈兣帕?，n、修補a) .從Band中選擇具有最小T值的點，設(shè)為(imin， jmin);b) .將點(imin， jmin)的f值改為Alive，從Band點集中刪除；C) 將(imin， Jmi》白勺々P域點(imin—1， Jmi》、^imin+l， Jmi》、^imin， Jmin一》、^imin， Jmin+》中f值為Faraway的點加入到Band中，并利用修補算法將其修補；d) .根據(jù)式(5)更新鄰域點的T值；e) .轉(zhuǎn)回到步驟II.a)繼續(xù)修補;f) .當(dāng)Band中沒有新的象素加入時，即為修補區(qū)域已經(jīng)填充好，結(jié)束循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中的掃描儀特性化，具體步驟是，首先選擇一標(biāo)準(zhǔn)的色靶，然后使用掃描儀對色靶上的每個色塊進行掃描，經(jīng)圖像處理得到每個色塊的RGB值；同時，利用分光光度計測量色塊的LW值；最后利用每個色塊相互對應(yīng)的RGB和L*a*b*值，建立RGB和L*a*b*兩種色彩空間的關(guān)系模型，采用一種最高次為四次的多項式回歸方法，完成對掃描儀的特性化工作，其中RGB和LW的多項式表達關(guān)系如下<formula>formula see original document page 3</formula>fb (R， G， B) = y 0+ y y 2G+ y 3B+ y 4RG+ y 5GB+ y 6RB+ y 7R2+ y 8G2+ y 9B2+ y 10RGB+ y工工R2G+ y 12R2B+ y 13G2R+ y 14G2B+ y 15B2R+ y 16B2G+ y 17R3+ y 18G3+ y 19B3+ y 20R2G2+ y 21R2B2+ y 22G2B2+ y`23R4+Y24G4+y25B4，(多項式3)上述三個多項式中，R， G， B分別代表某色塊被掃描后的RGB顏色值，其數(shù)值范圍都在`0 255之間；l/、^、l/分別代表色塊在CIE LW顏色空間的三個分量，i;取值范圍為0 `100，3*取值范圍為-128 127，1/取值范圍為-128 127 ;函數(shù)fjR，G，B)代表RGB顏色值與LW值中的L*分量之間的函數(shù)關(guān)系；函數(shù)fa(R， G， B)代表RGB顏色值與LW值中的a*分量之間的函數(shù)關(guān)系；函數(shù)fb(R，G，B)代表RGB顏色值與LW值中的b*分量之間的函數(shù)關(guān)系；而a?！?5， P。—25， Y?！?5分別代表未知的常數(shù)系數(shù)，以上三個多項式中，a、 13、 Y分別為方程式中的系數(shù)，利用采集到的建模數(shù)據(jù)以及最小二乘法即可求解，在獲取了該78個參數(shù)后，即可計算出任意給定的RGB值所對應(yīng)的LW值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種破損圖畫高保真修復(fù)及輸出方法，該方法按照以下步驟實施，步驟1、首先利用掃描儀對原稿圖畫掃描，得到RGB格式的數(shù)字稿；步驟2、利用數(shù)字修復(fù)技術(shù)對RGB格式的數(shù)字稿中的破損區(qū)域進行修復(fù)處理，得到完整的RGB格式的數(shù)字修正稿；步驟3、對掃描儀特性化，得到色彩空間值RGB與L*a*b*的關(guān)系，據(jù)此RGB與L*a*b*的關(guān)系將步驟2得到的完整的RGB格式的數(shù)字修正稿轉(zhuǎn)換成L*a*b*格式圖像；步驟4、對打印機標(biāo)定，得到L*a*b*與CMYK色彩空間的對應(yīng)關(guān)系，據(jù)此對應(yīng)關(guān)系將步驟3得到的L*a*b*格式圖像轉(zhuǎn)換成CMYK格式，從而打印輸出，得到修復(fù)良好的原稿圖片。本發(fā)明方法的有益效果是，能夠修復(fù)圖畫中的破損區(qū)域，并能夠保證打印輸出后的圖畫在色彩上與原稿一致。
文檔編號H04N9/64GK101742040SQ20101001373
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者周世生, 孫幫勇, 李延雷 申請人:西安理工大學(xué)