申请/专利权人：辽宁师范大学

申请日：2022-01-27

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN114494306B

主分类号：G06T7/12

分类号：G06T7/12;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/62;G06T3/4007;G06T5/70

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2022.05.31#实质审查的生效;2022.05.13#公开

摘要：本发明公开一种边缘梯度协方差引导的甲骨卜辞文字轮廓修复方法，首先，将待处理的甲骨拓片图像进行对比度增强、形态学操作和连通域几何属性分析，提取出甲骨卜辞文字；其次，利用边缘梯度的自相关矩阵对文字边缘的局部曲率进行分析，把其划分为平滑区域和笔划拐点区域；然后，对于平滑区域的文字边缘轮廓，采用线性插值方法对其进行平滑重构，而对于拐点区域的文字边缘轮廓，则利用局部梯度协方差和最小均方误差法计算最优的线性插值权重，实现边缘定向插值重构。

主权项：1.一种边缘梯度协方差引导的甲骨卜辞文字轮廓修复方法，其特征在于按照如下步骤进行：步骤1.输入待处理的甲骨卜辞拓片图像Iori；步骤2.利用形态学开运算估计Iori的背景亮度，得到背景图像Ibackground；步骤3.从Iori中减去Ibackground，得到前景图像Iforeground；步骤4.采用stretchlim方法为图像Iforeground计算出自适应灰度变换的最佳下界low和最佳上界high，进而将Iforeground进行对比度拉伸运算，使其亮度值的范围处于[low,high]区间，得到对比度增强后的甲骨拓片图像Ienhanced；步骤5.利用最大类间方差法计算全局最佳分割阈值Tseg，并利用阈值Tseg对Ienhanced进行粗分割，进而将Ienhanced转换为二值图像Ibw，其中，前景文字区域的灰度为白色，背景区域的灰度为黑色；步骤6.对二值图像Ibw中的每个8-连通区域进行标记，令8-连通区域的总数为Ncon；步骤7.测量二值图像Ibw中每个8-连通区域的属性；步骤7.1计算Ibw中第i个8-连通区域的面积Ai、边缘坐标集合Ci、像素坐标集合Pi，所述i为正整数且1≤i≤Ncon；步骤7.2利用第i个8-连通区域的边缘坐标集合Ci和像素坐标集合Pi计算外接矩形框，得到其左上角坐标和右下角坐标并显示该连通区域的外接矩形框；步骤8.计算所有8-连通区域的最大面积Amax、最小面积Amin、平均面积Aavg和面积分布的标准差Aσ，并绘制所有8-连通区域的面积分布直方图；步骤9.判断二值图像Ibw的噪声区域并进行填充，得到去噪后的图像I′bw，令i←1，并令Ntext←0，所述Ntext表示I′bw中包含的文字区域数量；步骤9.1对于图像Ibw的第i个8-连通区域，若其面积Ai小于Aavg-Aσ，则将当前的8-连通区域判定为点状噪声区域，并将其填充为背景；步骤9.2对于图像Ibw的第i个8-连通区域，若其面积Ai大于Aavg+Aσ，则将当前的8-连通区域判定为片状斑纹噪声区域，并将其填充为背景；步骤9.3对于图像Ibw的第i个8-连通区域，若其外接矩形框的高宽比或则将当前的8-连通区域判定为齿缝、兆纹、盾纹和刻痕等固有的非文字区域并将其填充为背景，否则将当前的8-连通区域判定为文字区域，并令Ntext←Ntext+1，所述ρmax和ρmin表示预设的常量；步骤9.4令i←i+1，若i≤Ncon，则返回步骤9.1，否则令j←1并转入步骤10；步骤10.从图像I′bw中取出第j个文字区域，对应第j个甲骨卜辞单字；步骤11.从图像I′bw中取出第j个文字区域的外接矩形框所包含的像素集合，进而建立一幅子图像Ij，令其高度为hj像素，宽度为wj像素；步骤12.利用Canny算子对Ij进行边缘检测，得到边缘图像Iedge中；步骤13.利用沿着水平方向的差分算子-2,-1,0,1,2计算Iedge的水平梯度Ix，并利用沿着竖直方向的差分算子-2,-1,0,1,2T计算Iedge的竖直梯度Iy，所述上标T表示转置运算；步骤14.根据公式1，计算水平梯度Ix的Hadamard乘积，得到 其中，“*”表示Hadamard乘积的运算符；步骤15.根据公式2，计算竖直梯度Iy的Hadamard乘积，得到 步骤16.根据公式3，计算水平梯度Ix与竖直梯度Iy的Hadamard乘积，得到 步骤17.建立高斯平滑算子G，其尺寸为hG×hG，并利用该算子对和进行卷积滤波，所述hG表示预设的常量；步骤18.计算子图像Ij中每个像素的特征值；步骤18.1令c←1，l←1；步骤18.2根据公式4，建立一个大小为2×2阶的自相关矩阵M，用于表示子图像Ij中位于第c行、第l列的像素的梯度自相关； 所述表示中位于第c行、第l列的元素值，表示中位于第c行、第l列的元素值，表示中位于第c行、第l列的元素值；步骤18.3根据公式5，计算自相关矩阵M的特征值Rc,l；Rc,l＝detM-κ·trace2M5所述detM表示矩阵M所对应的行列式的值，traceM表示矩阵M的迹，κ表示预设的加权常数；步骤18.4令l←l+1，若l≤wj，则返回步骤18.2，否则，转入步骤18.5；步骤18.5令c←c+1，l←1，若c≤hj，则返回步骤18.2，否则，转入步骤18.6；步骤18.6根据公式6，计算全部特征值的最大值Rmaxc,l，并令β←0.1×Rmaxc,l； 所述max{·}表示取最大值函数，β表示用于判断特征点的预设阈值；步骤19.在子图像Ij中寻找特征角点；步骤19.1令c←1，l←1，并初始化一幅边缘特征点图像Icorner，其高度为hj像素，宽度为wj像素；步骤19.2若Rc,l≥β，则将子图像Ij中位于第c行、第l列的像素判定为特征角点并令Icornerc,l←1，否则令Icornerc,l←0，所述Icornerc,l表示边缘特征点图像Icorner中位于第c行、第l列的像素值；步骤19.3令l←l+1，若l≤wj，则返回步骤19.2，否则，转入步骤19.4；步骤19.4令c←c+1，l←1，若c≤hj，则返回步骤19.2，否则，转入步骤20；步骤20.初始化一幅图像其高度为2×hj像素，宽度为2×wj像素，用于存储修复后的第j个甲骨卜辞单字图像；步骤21.利用线性插值方法对图像的全部像素值进行平滑重构，从而保持原始甲骨卜辞文字的主要字形及其轮廓信息；步骤21.1根据公式7，对图像中偶数行、偶数列的全部像素点进行平滑插值重构； 所述表示图像中位于第2m行、第2n列的像素值，Ijm,n表示图像Ij中位于第m行、第n列的像素值，且m∈{1,2,3,…,hj}，n∈{1,2,3,…,wj}；步骤21.2根据公式8，对图像中奇数行、偶数列的全部像素点进行平滑插值重构，边界像素采用奇对称延拓原则进行重构； 所述表示图像中位于第2m-1行、第2n列的像素值，表示图像中位于第2m-2行、第2n列的像素值，γ表示预设的线性加权系数；步骤21.3根据公式9，对图像中偶数行、奇数列的全部像素点进行平滑插值重构，边界像素采用奇对称延拓原则进行重构； 所述表示图像中位于第2m行、第2n-1列的像素值，表示图像中位于第2m行、第2n-2列的像素值；步骤21.4根据公式10，对图像中奇数行、奇数列的全部像素点进行平滑插值重构，边界像素采用奇对称延拓原则进行重构； 所述表示图像中位于第2m-1行、第2n-1列的像素值，表示图像中位于第2m-1行、第2n-2列的像素值；步骤22.将边缘特征点图像Icorner视为拐点区域，进而根据Ij与之间的几何对偶一致性，利用Ij的梯度协方差系数计算出最优的线性插值权重，对进行梯度协方差引导的边缘定向插值；步骤22.1令c←1，l←1；步骤22.2若Icornerc,l＝1，则转入步骤22.3，否则转入步骤22.9；步骤22.3在Ij中以第c行、第l列的像素为中心建立一个大小为W×W的窗口，并将该窗口中的全体像素值按照光栅扫描顺序保存到一个列向量y中，得到所述W为一个预设常数，表示Ij中位于第行、第列的像素值，Ijc,l表示Ij中位于第c行、第l列的像素值，表示Ij中位于第行、第列的像素值；步骤22.4建立一个阶数为4×W2的矩阵C，对于列向量y的第K个元素Ijc′,l′，将Ijc′-1,l′-1、Ijc′+1,l′-1、Ijc′-1,l′+1、Ijc′+1,l′+1保存到矩阵C的第K列，所述1≤K≤W2，Ijc′,l′表示Ij中位于第c′行、第l′列的像素值，Ijc′-1,l′-1表示Ij中位于第c′-1行、第l′-1列的像素值，Ijc′+1,l′-1表示Ij中位于第c′+1行、第l′-1列的像素值，Ijc′-1,l′+1表示Ij中位于第c′-1行、第l′+1列的像素值，Ijc′+1,l′+1表示Ij中位于第c′+1行、第l′+1列的像素值；步骤22.5根据公式11，计算基于最小均方误差的最优线性插值权重向量α；α＝CCT-1×Cy11步骤22.6根据公式12，对进行梯度协方差引导的边缘定向插值； 所述表示图像中位于第2c+1行、第2l+1列的像素值，表示图像中位于第2c行、第2l列的像素值，表示图像中位于第2c+2行、第2l列的像素值，表示图像中位于第2c+2行、第2l+2列的像素值，表示图像中位于第2c行、第2l+2列的像素值，α0表示向量α的第1个分量，α1表示向量α的第2个分量，α2表示向量α的第3个分量，α3表示向量α的第4个分量；步骤22.7根据公式13，对进行梯度协方差引导的边缘定向插值； 所述表示图像中位于第2c+1行、第2l列的像素值，表示图像中位于第2c+1行、第2l-1列的像素值；步骤22.8根据公式14，对进行梯度协方差引导的边缘定向插值； 所述表示图像中位于第2c行、第2l+1列的像素值，表示图像中位于第2c-1行、第2l+1列的像素值；步骤22.9令l←l+1，若l≤wj，则返回步骤22.2，否则，转入步骤22.10；步骤22.10令c←c+1，l←1，若c≤hj，则返回步骤22.2，否则，得到第j个甲骨卜辞单字图像的轮廓修复结果并转入步骤23；步骤23.令j←j+1，若j≤Ntext，则返回步骤10，否则，输出全部甲骨卜辞单字图像的轮廓修复结果。

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百度查询： 辽宁师范大学 边缘梯度协方差引导的甲骨卜辞文字轮廓修复方法

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