一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统及方法，属于文物修复技术领域；一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统，其特征在于，包括有文物瓷器碎片数字化系统，所述文物瓷器碎片数字化系统上链接有特征提取子系统，所述特征提取子系统上链接有文物特征库，所述文物特征库还与相似性度量系统相链接，所述相似性度量系统上链接有智能修复辅助系统；还提出了与系统相匹配的文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接方法，有效提高了文物瓷器碎片拼接复原的准确性和工作效率。器碎片拼接复原的准确性和工作效率。器碎片拼接复原的准确性和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统及方法


[0001]本专利技术涉及文物修复
，特别是涉及一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统及方法。

技术介绍

[0002]文物是一个民族的瑰宝，通过文物可以进一步解读历史、还原真相。随着计算机技术、数字化技术的快速发展,借助计算机进行文物虚拟修复已成为研究热点。借助计算机技术实现文物碎片拼接，不仅可以提高文物修复效率，还可以避免对文物造成二次损坏；因此，利用计算机实现文物虚拟修复具有重要的意义。
[0003]在计算机辅助破碎文物修复过程中，将大量碎片进行拼接复原是亟待解决的困难问题。目前市面上常见的文物碎片修复工作往往是借助于激光扫描设备获取文物碎片的三维点云数据，进而进一步对点云信息进行处理、配准，进而达到智能修复拼接的目的，此类方式虽然确实可以为文物的修复工作起到辅助作用，但是受限于激光扫描设备的扫描精度问题，所获取的点云信息不够全面、准确，从而会极大影响文物碎片修复拼接的精度，误差较大；除此之外，现有方法大多过于依赖激光设备对碎片形状、断裂面的点云信息的获取与处理，反而忽略了瓷器文物的颜色、纹饰、釉色等更加明显的区别特征的对比和匹配，从而大大影响了文物瓷器碎片拼接复原的准确性和效率；鉴于上述原因，我们提出了一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种更为高效、准确的文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统及方法，采用激光扫描和光学图像转化提取三维点云信息相结合的方式，获取更为准确的文物瓷器碎片点云数据，从形状、纹饰、釉色纹理等多角度对文物瓷器碎片进行识别、分类，优化了点云分析和自动拼接的算法，有效提供了文物瓷器碎片识别的准确性，提高了文物瓷器碎片凭借复原的效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统，包括有文物瓷器碎片数字化系统，所述文物瓷器碎片数字化系统上链接有特征提取子系统，所述特征提取子系统上链接有文物特征库，所述文物特征库还与相似性度量系统相链接，所述相似性度量系统上链接有智能修复辅助系统；
[0007]所述文物瓷器碎片数字化系统包括有待处理陶瓷碎片数字化模块，所述待处理陶瓷碎片数字化模块上链接有图像信息输入单元和三维扫描信息输入单元；
[0008]所述特征提取子系统包括有数字图像采样模块、数字图像处理模块、三维图像采样模块、三维点云处理模块以及点云数据预处理模块；
[0009]所述文物特征库包括有文物陶瓷碎片特征数据库以及云数据库；
[0010]所述相似性度量系统包括有特征处理模块和特征相似性度量模块，所述特征处理
模块包括有纹饰形状整体特征处理模块、釉色纹理融合特征处理模块和三维显著几何特征处理模块；所述特征相似性度量模块包括有纹饰形状整体特征相似性度量模块、釉色纹理融合特征相似性度量模块和三维显著几何特征相似性度量模块；
[0011]所述智能修复辅助系统包括有文物碎片粗略匹配拼接模块和文物碎片精确匹配拼接模块。
[0012]一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接方法，具体包括以下步骤：
[0013]S1、通过数码拍照设备对待处理陶瓷碎片进行多角度拍照，然后再利用激光扫描仪对待处理陶瓷碎片进行三维激光扫描，将所记录的图像信息和激光雷达扫描信息输入至文物瓷器碎片数字化系统中；
[0014]S2、通过特征提取子系统的数字图像采样模块和数字图像处理模块对S1中所输入的多幅个角度的文物瓷器碎片图像信息进行处理，利用二维图像识别提取算法提取图像中的文物瓷器碎片的三维点云数据；
[0015]S3、通过三维图像采样模块和三维点云处理模块对S1中所输入的激光扫描信息进行处理，得出所扫描文物瓷器碎片的三维点云数据；
[0016]S4、利用点云数据预处理模块对S2和S3中所得的三维点云数据均进行预处理，包括三维点云数据的去噪、精简、配准、特征识别和区域分割，得到较为准确的文物瓷器碎片三维点云信息；
[0017]S5、将S4中所得信息上传至文物陶瓷碎片特征数据库中进行储存，同时上传至云数据库中备份，同时也能通过云数据库将其他系统在云端储存的数据或者网络上的数据下载至文物陶瓷碎片特征数据库中使用；
[0018]S6、基于S4中所得文物瓷器碎片三维点云信息，利用相似性度量系统进一步的分析文物瓷器碎片的区别特征，具体包括纹饰形状整体特征、釉色纹理融合特征和三维显著几何特征；
[0019]S7、基于S6中所得的特征点对集合及釉色纹理融合特征信息，利用智能修复辅助系统完整文物瓷器碎片的粗略匹配拼接和精确匹配拼接工作。
[0020]优选地，所述S6中提到的纹饰形状整体特征相似性度量，首先计算纹饰轮廓点之间的最佳匹配，然后将最佳匹配的匹配度之和作为两个纹饰之间的相似度，具体为：
[0021]A1、若两个轮廓点(或者轮廓区间)的形状特征向量分别为：与则它们之间的匹配度为：
[0022][0023]A2、两个形状S1和S2之间的相似度C是两者形状轮廓点(或者轮廓区间)间最优匹配时的匹配度之和，即：
[0024][0025]其中，是形状S1的轮廓点，是形状S2的轮廓点。
[0026]优选地，所述S6中提到的釉色纹理融合特征具体包括有由压缩感知得到的颜色值
C
l
、进行网格离散化处理后的颜色直方图特征H
l
以及扩展灰度共生矩阵测量特征，在两幅文物瓷器碎片X1、X2通过釉色纹理特征进行相似度比较时，首先利用两者之间的颜色值差异、灰度共生矩阵测量差异，计算得到重构误差及其系数值，然后再结合颜色直方图差异，计算两者之间的综合相似度，具体为：
[0027]B1、记X1的釉色纹理特征为X2的釉色纹理特征为
[0028]B2、计算颜色值差异、灰度共生矩阵纹理差异以及颜色直方图差异，计算公式如下：
[0029][0030]B3、利用梯度下降重构算法计算重构误差ΔX
l
、ΔP
l
及其稀疏值ΔXS
l
、ΔPS
l
，计算公式如下：
[0031](ΔX
l
,ΔXS
l
)＝GDR(ΔC
l
,Φ1,Φ2),(ΔP
l
,ΔPS
l
)＝GDR(ΔP
Yl
,Φ1,Φ2)
[0032]其中，Φ1,Φ2表示测量矩阵；
[0033]B4、计算重构误差差异：
[0034][0035][0036]B5、计算图像X1，X2之间的综合相似度：
[0037]Sim(X1,X2)＝αdist(X)+βdist(P)+γdist(H)
[0038]其中，α，β，γ为加权系数，dist(H)的计算为：
[0039][0040]优选地，所述S6中提到的三维显著几何特征相似性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统，其特征在于，包括有文物瓷器碎片数字化系统，所述文物瓷器碎片数字化系统上链接有特征提取子系统，所述特征提取子系统上链接有文物特征库，所述文物特征库还与相似性度量系统相链接，所述相似性度量系统上链接有智能修复辅助系统；所述文物瓷器碎片数字化系统包括有待处理陶瓷碎片数字化模块，所述待处理陶瓷碎片数字化模块上链接有图像信息输入单元和三维扫描信息输入单元；所述特征提取子系统包括有数字图像采样模块、数字图像处理模块、三维图像采样模块、三维点云处理模块以及点云数据预处理模块；所述文物特征库包括有文物陶瓷碎片特征数据库以及云数据库；所述相似性度量系统包括有特征处理模块和特征相似性度量模块，所述特征处理模块包括有纹饰形状整体特征处理模块、釉色纹理融合特征处理模块和三维显著几何特征处理模块；所述特征相似性度量模块包括有纹饰形状整体特征相似性度量模块、釉色纹理融合特征相似性度量模块和三维显著几何特征相似性度量模块；所述智能修复辅助系统包括有文物碎片粗略匹配拼接模块和文物碎片精确匹配拼接模块。2.根据权利要求1所述的一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接系统所应用的一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、通过数码拍照设备对待处理陶瓷碎片进行多角度拍照，然后再利用激光扫描仪对待处理陶瓷碎片进行三维激光扫描，将所记录的图像信息和激光雷达扫描信息输入至文物瓷器碎片数字化系统中；S2、通过特征提取子系统的数字图像采样模块和数字图像处理模块对S1中所输入的多幅个角度的文物瓷器碎片图像信息进行处理，利用二维图像识别提取算法提取图像中的文物瓷器碎片的三维点云数据；S3、通过三维图像采样模块和三维点云处理模块对S1中所输入的激光扫描信息进行处理，得出所扫描文物瓷器碎片的三维点云数据；S4、利用点云数据预处理模块对S2和S3中所得的三维点云数据均进行预处理，包括三维点云数据的去噪、精简、配准、特征识别和区域分割，得到较为准确的文物瓷器碎片三维点云信息；S5、将S4中所得信息上传至文物陶瓷碎片特征数据库中进行储存，同时上传至云数据库中备份，同时也能通过云数据库将其他系统在云端储存的数据或者网络上的数据下载至文物陶瓷碎片特征数据库中使用；S6、基于S4中所得文物瓷器碎片三维点云信息，利用相似性度量系统进一步的分析文物瓷器碎片的区别特征，具体包括纹饰形状整体特征、釉色纹理融合特征和三维显著几何特征；S7、基于S6中所得的特征点对集合及釉色纹理融合特征信息，利用智能修复辅助系统完整文物瓷器碎片的粗略匹配拼接和精确匹配拼接工作。3.根据权利要求2所述的一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接方法，其特征在于，所述S6中提到的纹饰形状整体特征相似性度量，首先计算纹饰轮廓点之间的最佳匹配，然后将最佳匹配的匹配度之和作为两个纹饰之间的相似度，具体为：
A1、若两个轮廓点(或者轮廓区间)的形状特征向量分别为：与则它们之间的匹配度为：A2、两个形状S1和S2之间的相似度C是两者形状轮廓点(或者轮廓区间)间最优匹配时的匹配度之和，即：其中，是形状S1的轮廓点，是形状S2的轮廓点。4.根据权利要求2所述的一种文物修复辅助用瓷器碎片分类、拼接方法，其特征在于，所述S6中提到的釉色纹理融合特征具体包括有由压缩感知得到的颜色值C
l
、进行网格离散化处理后的颜色直方图特征H
l
以及扩展灰度共生矩阵测量特征在两幅文物瓷器碎片X1、X2通过釉色纹理特征进行相似度比较时，首先利用两者之间的颜色值差异、灰度共生矩阵测量差异，计算得到重构误差及其系数值，然后再结合颜色直...

【专利技术属性】
技术研发人员：任伟，杨程，张家强，柳钦云，王慕华，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：