破损藏式古唐卡数字修复中的自适应修复模型研究

The ancient Tibetan thangka has very high historical, scientific and artistic values, however, the current digital inpainting methods for Tibetan thangka have some weaknesses, such as low accuracy and high time-consuming. In order to overcome these problems, this project will establish an adaptive damaged area detection algorithm in order to determine the edges of the different damaged area types of ancient Tibetan thangka accurately. At the same time, an adaptive isophote calculation method for color images will be constructed, and an adaptive confidence calculation method also will be built, thus, the priority of the edge pixel can be calculated more accurately. Meanwhile, the methods of adaptive template block selection, adaptive optimal sample block searching and adaptive blocking effect reduction will be assembled as adaptive inpainting model which can inpaint ancient Tibetan thangka with high accuracy and low time-consuming. The research results can provide important theoretical reference values to digital image inpainting and digital image processing, and also can provide new ideas to rescue the historical and cultural heritage such as the Tibetan thangka. Therefore, this project has far-reaching significance to protect and inherit the excellent Tibetan traditional culture.

藏式古唐卡具有极高的历史、科学和艺术价值，然而，目前针对藏式古唐卡的数字化修复工作存在着修复精度不高、耗时长等缺点。为了克服这些问题，本项目拟构建针对藏式古唐卡不同损伤区域的自适应破损区域检测算法，以准确地确定破损区域的边缘；拟构建自适应置信度计算方法和针对彩色图像的等照线计算方法，以更准确地计算边缘点的优先级；拟构建模板块自适应选择方法、最佳样本块自适应搜索方法和块效应自适应消除方法，以更高的精度和更短的耗时自适应地修复藏式古唐卡。本项目的研究成果，可以对数字图像修复、数字图像处理等方面的研究提供重要的理论参考价值，同时，也为抢救藏式古唐卡这样的历史文化遗产提供新思路，对传承和保护藏民族的优秀传统文化具有深远意义。

本项目主要是针对藏式古唐卡的破损区域修复问题，从破损区域纹理，结构等角度出发，提出了一系列修复算法，为藏式古唐卡等非物质文化遗产的保护修复提供了新思路，为图像修复等领域的研究提供了重要的理论价值。.首先，针对当前存在的分割方法无法准确分割检测藏式古唐卡破损区域的问题，本项目提出了光滑拟合模型，通过采用最小二乘法求取光滑拟合模型的各个参数,来求得两断裂边界线之间的光滑曲线路径，用该光滑曲线路径来代替IIPBDR算法中的直线路径以实现对破损区域的分割，同时，在深入分析了影响断裂结构线匹配度计算的因子的基础上构造了一种断裂结构线匹配模型以得到相应的断裂结构线匹配对；然后，在这些断裂结构线匹配对基础上拟合出光滑结构线,并将大的破损区域分割为了不同的子区域。其次，针对传统算法无法修复破损区域既存在几何结构又存在丰富纹理信息的问题，本项目提出了利用领域窗口总变分和内在变分构造出权重变分，通过对Criminisi算法中的优先级测度进行加权，提高了对几何结构信息和纹理信息的辨识能力，使几何结构信息得到优先修复，同时，还提出了在计算优先级时可引入结构因子和置信度，从而得到突出结构作用的优先级公式。第三，针对藏式古壁画/唐卡图像结构与纹理复杂，不规则性明显，传统修复算法不能精确修复的问题，提出了一种通过综合考虑待修复区域结构信息的复杂程度和纹理信息的丰富程度，来自适应的构造模板块和匹配块的尺寸和形状的基于自适应不规则模板块形状的修复算法。第四，针对由于选择最佳匹配块的方法不当易造成的误匹配问题，本项目提出整体结构差异算子来衡量样本块和模板块的匹配程度，结构对称匹配约束(SSM)，以及一种新的选取匹配块的方法，来提高块匹配精度。最后，为了提高图像修复的效果，还将其他理论应用于图像修复领域如稀疏表示理论，图像特征，先验置信传播(priority-BP)算法等。