缺损图形表面修复技术的研究和应用

A new surface restoration algorithm based on many-knot spline is presented subject to various defect surface in this project. There are many reasons led to surface-defecting , and also the defected surfaces are in various shape. According to the request for restoring the defected suface, by using the advantages of many-knot spline interpolation, at first, multi-sample data analysis is studied based on many-knot spline surface modeling and surface reconstruction algorithm , then according to the diffrence reasons, difference shapes, differenct surface restoration algorithm and error analysis are reasearched. The reasearch result can be extend to surface modeling theory, surface reconstruction data reducing, and also can be used in local damaged cultural relic geometry restoration works , the restoration of imcomplete trace in the scene of a crime , surface restoration of worn and distorted machine parts , dies and error estimation to the original surface before damaged. These reasearch can provide the theory basis for advanced restoration for those damaged cultural relic, mechanic parts or dies in industrial art hand. So this project is significiant , valuable on the restorati n theory and wide application.

本项目主要针对形状各异的缺损表面提出基于多结点样条的曲面修复新算法。物体表面造成缺损的原因很多，形成的缺陷形状也各种各样。本项目从缺损表面修复技术的要求出发，利用多结点样条插值相比其他插值算法的优越特性，首先研究三维几何领域中基于多结点样条的曲面造型技术与曲面重构算法中多重采样数据分析，在此基础上，根据形成缺损的原因不同，形状不同，着重研究曲面造型物体表面缺损的各种分类修复算法及其误差分析。研究成果可进一步拓展曲面造型理论、减少曲面重构时的数据冗余，曲面修复算法可应用于局部破损出土文物古籍的几何造型修补复原、破案现场不完全痕迹的修复、磨损与变形的机械零件和模具表面修复、找出原有表面的曲面何造型及其相应的误差估算，为进一步在工艺上修复文物、修复机械零件或模具提供理论依据。因此本项目既富有重要的科学研究意义，又具有充分的理论基础价值和广阔的应用前景。

本项目主要针对形状各异的缺损图形图像表面提出曲面修复新算法。物体表面造成缺损的原因很多，形成的缺陷形状也各种各样。本项目从缺损表面修复技术的要求出发，首先对具有代表性的几种常用插值和数据拟合算法合作了研究，选定多结点样条插值算法、克里金插值方法作为修复算法的基础理论算法，同时也提出了一种新的正交矩系统算法用于数据拟合和信号消噪。.然后进一步研究了基于多结点样条插值的曲面造型算法，基于多结点样条插值的曲面重构算法、散乱数据最小误差逼近与拟合算法、基于多结点样条的图像拼接修复技术、研究基于克里金算法的图像修复技术、研究基于点云数据的缺损图形表面修复技术。并从地形地貌造型，不规则曲面重构、空间曲线拟合、月球表面图像拼接修复、油画修复、覆盖字母的图像修复、基于双目立体视觉扫描数据的妈阁庙浮雕几何造型修复、破损陶瓷集合造型修复、基于Kinect扫描的人体头像三维数据修复等实例对算法进行了验证与分析，以及综合本课题的造型、修复、与拼接等算法应用于基于嫦娥一号探月数据虚拟月球立体显示系统，实现了月球模型表面的凸凹细节造型与表面图像拼接。项目组成员在项目研发过程中还研究了与项目相关的其他技术，如图像配准、采样信号局部尺度变换结合正交变换的方法、粒子滤波算法、识别算法、图像表征计算模型、图像视觉检测技术、虚拟现实技术等。部分成果还在整理之中有待发表。.本项目一共获得学术专著1篇，论文28篇，期中SCI检索2篇，EI检索8 篇， 中文核心11篇，会议论文11篇和1个应用成果转化。部分成果还有待发表。项目研究内容符合原项目申请，项目研究成果达到了课题申请时所撰写的研究目标。研究成果可进一步拓展曲面造型理论、减少曲面重构时的数据冗余，修复算法可应用于图像的修复与拼接、局部破损出土文物古籍的几何造型修补复原、破案现场不完全痕迹的修复、三维扫描数据修复。因此本项目既富有重要的科学研究意义，又具有充分的理论基础价值和广阔的应用前景。