簡牘圖像中文字修復(fù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、簡牘是我國古代在紙張發(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)，簡牘文字內(nèi)容豐富、書體多樣，演繹了中國軟筆書法史的幾個(gè)重要階段，是我國民族書法藝術(shù)中的瑰寶，因此對(duì)于簡牘文字修復(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)簡牘實(shí)物在出土前在地下渡過了悠長的歷史時(shí)期，加之簡牘本身的竹木材質(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、筆畫斷裂等現(xiàn)象，大大增加了簡牘文字信息提取和簡牘文物修復(fù)的難度。 本文在對(duì)簡牘實(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)簡牘圖像灰度化轉(zhuǎn)換。本文的主要研究對(duì)象是簡牘圖像中的文字信息(即文字筆畫的大小、形狀和位置等)，而原始的簡牘圖像是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)簡牘文字輪廓提取處理。經(jīng)過大量的簡牘實(shí)物研究和對(duì)簡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)置灰度閥值方法無法將簡牘上的文字信

4、息從圖像背景中分割出來，同時(shí)本文認(rèn)為文字輪廓信息是簡牘文字的主要信息，在無法將整個(gè)文字的像素集合從背景像素集合中分離出來的情況下，轉(zhuǎn)而提取文字的筆畫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邊緣檢測算了來提取簡牘文字的文字輪廓，Canny邊緣算子與其它邊緣檢測算子相比具有邊緣檢測正確、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)過大量的算法研究和試驗(yàn)認(rèn)為，由于出土簡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，本文在開源項(xiàng)目ImageJ的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于簡牘文字修復(fù)處理的二次開發(fā)，在Java，語言的AWT體系下實(shí)現(xiàn)了簡牘文字輪廓修復(fù)的人機(jī)交互處理界面。

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

7、息的數(shù)字化建檔、數(shù)字化管理和數(shù)字化展示。 (5)簡牘文字虛擬重現(xiàn)處理。先前的簡牘圖像處理實(shí)現(xiàn)了簡牘文字信息的修復(fù)，但為了滿足簡牘文物展覽的需要，需要將承載簡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)簡牘實(shí)體進(jìn)行了虛擬建模，實(shí)現(xiàn)了簡牘文物基于互聯(lián)網(wǎng)的三維虛擬展示平臺(tái)的場景構(gòu)建和動(dòng)態(tài)交互。 此外

8、，本文在研究過程中注重理論結(jié)合實(shí)踐，以應(yīng)用為目的，基于本文的研究內(nèi)容，為長沙簡牘博物館的考古專家開發(fā)了一套簡牘文字輔助考古軟件。通過實(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法特征，在人機(jī)交互處理中修復(fù)人員只需簡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