專利名稱：一種古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)及其修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像修復(fù)領(lǐng)域，涉及一種圖像虛擬修復(fù)系統(tǒng)，尤其 是一種跨平臺、多用戶、交互式的古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)及 其修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
很多具有重要?dú)v史意義和研究價值的古代彩畫由于年代的遠(yuǎn) 久、未妥善保存或運(yùn)輸?shù)仍?，遭受到不同程度的損壞。如何有效地 保護(hù)古代彩畫，針對受損部分進(jìn)行修補(bǔ)，已成為一個十分迫切的問題。
針對現(xiàn)有技術(shù)中基于手工的傳統(tǒng)修復(fù)工藝流程耗時長、工作量 大、主觀性強(qiáng)， 一旦出錯就很難修改等缺點(diǎn)，近年來基于計算機(jī)的數(shù) 字圖像虛擬修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。但是對于傳統(tǒng)彩畫各種不同的殘損區(qū) 域和損壞程度，如何保證所修復(fù)彩畫的原真性及如何設(shè)計一種快速有 效的修復(fù)方法一直是科學(xué)界所關(guān)注的問題。在實(shí)際工程中，應(yīng)考慮到 如何設(shè)計一個跨平臺、多用戶、交互式虛擬修復(fù)系統(tǒng)，并且要求它能 夠?qū)糯十嫷慕Y(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性殘損區(qū)域進(jìn)行快速虛擬復(fù)原，同時 能夠提供一個人機(jī)交互的編輯接口 ，使用戶可通過標(biāo)記操作對修補(bǔ)過 程進(jìn)行有效地干預(yù)和指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中手工修復(fù)的缺點(diǎn)，提供一種 古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)及其修復(fù)方法，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個多用戶，交互式的虛擬數(shù)字圖像修復(fù)平臺，只要能連接到互聯(lián)網(wǎng)的客戶 端，都可以利用此系統(tǒng)，對需要修復(fù)的受損圖像進(jìn)行修復(fù)還原。而且 相比傳統(tǒng)的虛擬修復(fù)方法，基于該系統(tǒng)的修復(fù)方法在修復(fù)質(zhì)量和修復(fù) 效率上都有明顯的提高。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的
這種古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)，包括連接于網(wǎng)絡(luò)中的多 臺客戶端、WEB服務(wù)器和計算服務(wù)器，所述客戶端至少包括注冊登 陸模塊、圖像管理模塊和客戶端通信模塊，所述圖像管理模塊包括添 加圖像、刪除圖像、修復(fù)圖像和將圖像設(shè)為公開或者私有的子模塊； 所述修復(fù)圖像子模塊是虛擬圖像修復(fù)運(yùn)算的人機(jī)交互接口，具有標(biāo)記 待修復(fù)區(qū)域、標(biāo)記結(jié)構(gòu)線、標(biāo)記樣本區(qū)域和保存提交圖像標(biāo)記信息的 功能；所述客戶端通信模塊負(fù)責(zé)客戶端與WEB服務(wù)器之間的通信；
所述WEB服務(wù)器至少包括接受圖像標(biāo)記信息模塊、遠(yuǎn)程調(diào)用計 算服務(wù)模塊和數(shù)據(jù)庫管理模塊，所述接受圖像標(biāo)記信息模塊負(fù)責(zé)接受 并解析由客戶端通過通信模塊發(fā)送的圖像標(biāo)記信息，所述遠(yuǎn)程調(diào)用計 算服務(wù)模塊將修復(fù)任務(wù)提交給計算服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)庫管理模塊綜合 系統(tǒng)的所有圖像信息，所述圖像信息包括來自客戶端的圖像信息、 WEB服務(wù)器上存儲的圖像信息以及計算服務(wù)器修復(fù)后的圖像信息；
所述計算機(jī)服務(wù)器包括遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊、圖像修復(fù)模塊 和保存修復(fù)結(jié)果模塊，所述遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊接受WEB服務(wù)器 的修復(fù)任務(wù)，并將修復(fù)任務(wù)傳遞給圖像修復(fù)模塊；所述圖像修復(fù)模塊 具有圖像修復(fù)功能；所述保存修復(fù)結(jié)果模塊將圖像修復(fù)結(jié)果保存并返回給WEB服務(wù)器和客戶端。
一種基于上述系統(tǒng)的古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)方法，具體包 括如下步驟
1) 首先，通過人機(jī)交互接口，用戶先標(biāo)記出圖像的待修復(fù)區(qū)域， 然后選擇性的標(biāo)記出待修復(fù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)線或者待修復(fù)區(qū)域?qū)?yīng)的樣 本區(qū)域，再將圖像標(biāo)記信息以PNG的數(shù)據(jù)格式通過客戶端通信模塊 傳送到WEB服務(wù)器；
2) WEB服務(wù)器接受圖像標(biāo)記信息模塊接收并解析客戶端的圖 像標(biāo)記信息，然后通過遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊將修復(fù)任務(wù)提交給計算 服務(wù)器，計算服務(wù)器通過圖像修復(fù)模塊調(diào)用基于結(jié)構(gòu)和樣本的圖像修 復(fù)方法；所述的基于結(jié)構(gòu)和樣本的圖像修復(fù)方法具體為
首先判斷圖像的待修復(fù)區(qū)域中是否標(biāo)記出結(jié)構(gòu)線，如果有結(jié)構(gòu)
線，先按照結(jié)構(gòu)線修復(fù)方法修復(fù)出受損區(qū)^^的結(jié)構(gòu)輪廓，再進(jìn)行非結(jié) 構(gòu)區(qū)域修復(fù)；所述結(jié)構(gòu)線修復(fù)方法為將待修復(fù)結(jié)構(gòu)曲線的最佳樣本塊 的搜索范圍限定在結(jié)構(gòu)線的延長部分；如果圖像的待修復(fù)區(qū)域中沒有 結(jié)構(gòu)線，則直接進(jìn)行非結(jié)構(gòu)區(qū)域修復(fù)，所述非結(jié)構(gòu)區(qū)域修復(fù)為基于樣 本的圖像修復(fù)方法；所述基于樣本的圖像修復(fù)方法為確定待修復(fù)區(qū) 域最高優(yōu)先權(quán)的修補(bǔ)塊，在待修復(fù)區(qū)域?qū)?yīng)的樣本區(qū)域中搜索最佳樣 本塊，并且拷貝最佳樣本塊的圖像信息到修補(bǔ)塊，之后更新修補(bǔ)塊的 自信度，完成修復(fù)；
3) 計算服務(wù)器中的保存修復(fù)結(jié)果模塊將圖像修復(fù)結(jié)果保存并返 回給WEB服務(wù)器，WEB服務(wù)器再返回給客戶端，客戶端對修復(fù)前后圖像進(jìn)行比較，如果修復(fù)結(jié)果不一致，則返回步驟l)重新進(jìn)行圖 像修復(fù)。
以上所述的用戶在標(biāo)記圖像的待修復(fù)區(qū)域過程中，每進(jìn)行一次 標(biāo)記都要以圖層的形式進(jìn)行保存，所述的圖層是和待修復(fù)圖像高寬相 等的布爾矩陣，標(biāo)記部分為布爾真，非標(biāo)記部分為布爾假。
以上提出的古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)及其修復(fù)方法，這 種修復(fù)方法是一種快速有效的古代建筑油飾彩畫修復(fù)方法，它實(shí)現(xiàn)了 多用戶，交互式的虛擬數(shù)字圖像修復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供給用戶一個開 放式的平臺，只要能連接到互聯(lián)網(wǎng)的用戶，都可以利用此系統(tǒng)，對需 要修復(fù)的受損圖像進(jìn)行修復(fù)還原。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程聯(lián)合協(xié) 調(diào)工作，給考古工作者帶來工作上極大的方便。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組織流程圖2是本發(fā)明客戶端修復(fù)圖像子模塊的圖像標(biāo)記和傳輸示意圖； 圖3是本發(fā)明的計算服務(wù)調(diào)度圖； 圖4是本發(fā)明的修復(fù)方法流程圖； 圖5是本發(fā)明修復(fù)過程中的結(jié)構(gòu)線修復(fù)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖l給出了本發(fā)明的系統(tǒng)組織流程圖，包括客戶端、WEB服務(wù) 器和計算服務(wù)器。本系統(tǒng)以提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式運(yùn)作，客戶可以通過 客戶端的網(wǎng)頁瀏覽器登陸此系統(tǒng)，上傳并且標(biāo)記需要修復(fù)的圖像，然 后提交給WEB服務(wù)器。WEB服務(wù)器通過遠(yuǎn)程方法調(diào)用計算服務(wù)器 來完成修復(fù)運(yùn)算，然后將修復(fù)結(jié)果交由數(shù)據(jù)庫存儲管理，最后返回給客戶。下面我們結(jié)合圖1具體介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
客戶端客戶可以在客戶端上使用注冊登陸模塊進(jìn)行注冊和登 陸，即通過瀏覽器注冊頁面，注冊為本系統(tǒng)的一個用戶，然后通過用 戶名密碼登陸本系統(tǒng)的圖像管理模塊。每個用戶的圖像管理模塊都包 括一個圖像收藏夾，里面存儲有用戶自己的圖像文件，包括需要修復(fù) 的圖像和系統(tǒng)修復(fù)后返回給客戶的圖像。同時，圖像管理模塊還包括 以下操作子模塊添加圖像、刪除圖像、修復(fù)圖像、將圖像設(shè)為公開 和將圖像設(shè)為私有。通過添加圖像子模塊，用戶可以從本機(jī)或者互聯(lián) 網(wǎng)上傳圖像到WEB服務(wù)器的管理用戶和圖像的數(shù)據(jù)庫中；通過刪除 圖像子模塊，用戶可以刪除自己圖像收藏夾里面的圖像；通過修復(fù)圖 像子模塊，用戶可以進(jìn)入一個修復(fù)圖像子模塊，該子模塊就是本系統(tǒng) 的修復(fù)圖像的人機(jī)交互接口，用戶可以對需要修復(fù)的圖像進(jìn)行待修復(fù) 區(qū)域標(biāo)記，結(jié)構(gòu)線標(biāo)記和樣本區(qū)域標(biāo)記。具體的修復(fù)圖像標(biāo)記方法將 在下面"具體說明古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)方法的實(shí)現(xiàn)方法"中的 第(1)點(diǎn)"客戶端修復(fù)圖像子模塊的修復(fù)圖像標(biāo)記方法"中說明。 標(biāo)記完成后，修復(fù)的圖像標(biāo)記信息會通過客戶端的通信模塊以PNG 圖層格式存儲并發(fā)送到WEB服務(wù)器。具體的圖像標(biāo)記信息傳輸格式 和方式將在"具體說明古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)方法的實(shí)現(xiàn)方法" 中的第(2)點(diǎn)"客戶端通信模塊的標(biāo)記數(shù)據(jù)傳輸"部分說明。通過 將圖像設(shè)為公開，用戶可以將自己圖像收藏夾里面的圖像和其他用戶 進(jìn)行共享；通過將圖像設(shè)為私有，用戶可以將自己共享的文件設(shè)為其 他用戶不可見形式。WEB服務(wù)器包括接受圖像標(biāo)記信息模塊、遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù) 模塊和數(shù)據(jù)庫管理模塊，所述接受圖像標(biāo)記信息模塊負(fù)責(zé)接受并解析 由客戶端通過通信模塊發(fā)送的圖像標(biāo)記信息，所述遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù) 模塊將修復(fù)任務(wù)提交給計算服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)庫管理模塊綜合系統(tǒng)的
所有圖像信息，所述圖像信息包括來自客戶端的圖像信息、WEB服 務(wù)器上存儲的圖像信息以及計算服務(wù)器修復(fù)后的圖像信息。WEB服 務(wù)器的功能具體為用戶圖像收藏夾里面的圖像存儲在WEB服務(wù)器 上的，因此用戶在提交圖像修復(fù)請求時，只要傳輸PNG格式的圖像 修復(fù)標(biāo)記信息和原圖像修復(fù)的ID號即可。對應(yīng)地，WEB服務(wù)器接受 到客戶端的信息后，將修復(fù)標(biāo)記信息進(jìn)行解析，即將PNG數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 成位圖的格式，然后調(diào)用計算服務(wù)器對標(biāo)記后的圖像進(jìn)行修復(fù)計算。 系統(tǒng)中，WEB服務(wù)器通過RMI遠(yuǎn)程調(diào)用方法調(diào)用計算服務(wù)器，具體 遠(yuǎn)程調(diào)用方法將在WEB服務(wù)器端遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊中詳細(xì)說 明。用戶和圖像的信息由WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫管理，該數(shù)據(jù)庫的設(shè) 計采用Hibernate和Spring技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Web開發(fā)持久層和業(yè)務(wù)層的優(yōu) 化管理。Hibernate通過一種面向?qū)ο蟮牟樵冋Z言有效地存儲、更新、 刪除數(shù)據(jù)庫記錄，而Spring (被稱為輕量級容器)能有機(jī)制地把對象 搭配起來，從而實(shí)現(xiàn)一個強(qiáng)健的、持久的WEB數(shù)據(jù)庫開發(fā)框架。
計算服務(wù)器包括遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊、圖像修復(fù)模塊和保存 修復(fù)結(jié)果模塊。當(dāng)計算服務(wù)器接受WEB服務(wù)器的遠(yuǎn)程計算調(diào)用請求 后，計算服務(wù)器通過圖像修復(fù)模塊對客戶提交的待修補(bǔ)圖像進(jìn)行修 復(fù)，然后將修復(fù)結(jié)果保存并且返回給WEB服務(wù)器，再由WEB服務(wù)器發(fā)送到客戶端。計算服務(wù)器通過遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊接收WEB 服務(wù)器發(fā)送的待修復(fù)圖像的信息，將其包裝成獨(dú)立的運(yùn)算單元，以隊 列的形式等待圖像修復(fù)模塊進(jìn)行圖像修復(fù)運(yùn)算。具體的調(diào)用方法將在
"具體說明古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)方法的實(shí)現(xiàn)方法"中的第(4)
點(diǎn)"計算服務(wù)器端圖像修復(fù)模塊的調(diào)用"部分說明。圖像修復(fù)模塊采
用的修復(fù)運(yùn)算是由0++語言實(shí)現(xiàn)。圖像修復(fù)完成后，計算服務(wù)器將圖
像修復(fù)結(jié)果保存，并且將其返回至WEB服務(wù)器，由WEB服務(wù)器的
數(shù)據(jù)庫來管理，接著WEB服務(wù)器可以將修復(fù)結(jié)果返回給客戶。客戶
可以査看圖像的修復(fù)效果，對修復(fù)前和修復(fù)后的圖像進(jìn)行比較，如果
修復(fù)結(jié)果不理想，客戶可以再次提交修復(fù)請求，重新進(jìn)行修復(fù)工作，
以體現(xiàn)本系統(tǒng)多次、重復(fù)修復(fù)圖像的功能。在整個過程中，客戶圖像
的存儲、管理和修復(fù)都由服務(wù)器來完成，客戶只需要提交修復(fù)要求便
可以離線等待，完全不占用客戶端的運(yùn)算資源。
下面我們結(jié)合附圖來具體說明古代建筑油你彩畫虛擬修復(fù)方法的 實(shí)現(xiàn)方法
(1)客戶端修復(fù)圖像子模塊的修復(fù)圖像標(biāo)記方法用戶登陸到本 系統(tǒng)的客戶端界面后，可以對圖像管理模塊進(jìn)行操作，其核心是修復(fù) 圖像子模塊的設(shè)計，因為它提供了虛擬圖畫修復(fù)運(yùn)算的人機(jī)交互界 面。修復(fù)圖像子模塊實(shí)際上是一個具有圖像標(biāo)記功能的模塊，該模塊 功能上類似于一個畫圖板，由Flex3和Action script語言實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)用戶選擇需要修復(fù)的圖像，點(diǎn)擊進(jìn)入修復(fù)圖像子模塊后，便可 以利用該模塊提供的圖像標(biāo)記工具箱(包括各種畫圖工具)進(jìn)行如下 標(biāo)記①受損圖像的待修復(fù)區(qū)域；②用戶根據(jù)先驗知識確定的待修復(fù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)線；③用戶根據(jù)先驗知識確定的待修復(fù)區(qū)域?qū)?yīng)的樣本區(qū) 域。其中第一項受損圖像的待修復(fù)區(qū)域是用戶必須標(biāo)記的，而其余兩 項則可以進(jìn)行選擇性的標(biāo)記。當(dāng)待修復(fù)區(qū)域有很明顯的結(jié)構(gòu)線時，用 戶的結(jié)構(gòu)線標(biāo)記不僅能提高修復(fù)運(yùn)算的效率，而且對于修復(fù)質(zhì)量也會 有很大的提高。同樣的道理，對于受損區(qū)域?qū)?yīng)的樣本區(qū)域的指定也 會大幅度地提高彩畫修復(fù)效率和質(zhì)量。
(2)客戶端通信模塊的標(biāo)記數(shù)據(jù)傳輸圖像修復(fù)標(biāo)記信息的存 儲格式和傳輸至WEB服務(wù)器的方式如圖2所示。用戶在彩畫修復(fù)標(biāo) 記過程中，每進(jìn)行一次標(biāo)記都要進(jìn)行保存。具體來講，給定一幅受損 彩畫，每當(dāng)用戶畫出一個待修復(fù)區(qū)域時便要保存該標(biāo)記。此標(biāo)記信息 會以圖層的形式記錄，這里所謂的圖層是一個和待修復(fù)圖像高寬相等 的布爾矩陣，需要修復(fù)的區(qū)域值為布爾真，不需要修復(fù)的區(qū)域值為布 爾假。當(dāng)用戶根據(jù)先驗知識，標(biāo)記出待修復(fù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)線時，也要以 圖層的形式保存，不同的結(jié)構(gòu)線需要保存在不同的圖層中。其中結(jié)構(gòu) 線部分為布爾真，非結(jié)構(gòu)線分布為布爾假。同樣地，用戶指定的每個 待修復(fù)區(qū)域的樣本區(qū)域也需要分別保存在不同圖層里。最后需要注意 的是，當(dāng)勾畫出待修復(fù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)線后，待修復(fù)區(qū)域就會被劃分成幾 個子區(qū)域，因此，用戶需要指出每一個子區(qū)域?qū)?yīng)的樣本區(qū)域，每一 個對應(yīng)關(guān)系將保存在不同圖層里，如圖2所示。
當(dāng)這些標(biāo)記信息以圖層的形式保存后，用戶便可以向WEB服務(wù)
器提交標(biāo)記信息，然后由WEB服務(wù)器調(diào)用計算服務(wù)器對圖像進(jìn)行修 復(fù)。從客戶端到WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸過程中，所有圖層都被壓縮 成PNG的格式進(jìn)行傳輸。這種PNG的數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)了以下兩點(diǎn)傳輸 目的其一，它屬于無損壓縮，保證了用戶提交的標(biāo)記信息能夠完整無損地傳送到服務(wù)器端，從而保證修復(fù)算法按照用戶標(biāo)記的目的進(jìn)行 處理。其二， PNG圖像采用的壓縮算法，對于標(biāo)記信息對應(yīng)的二值 圖像具有非常高效的壓縮率，極大地提高了傳輸數(shù)據(jù)的效率，降低了 對網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能的要求。
(3) WEB服務(wù)器端遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊標(biāo)記數(shù)據(jù)傳輸?shù)?WEB服務(wù)器端后，WEB服務(wù)器對此數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后調(diào)用計算服 務(wù)器對受損圖像進(jìn)行修復(fù)。計算服務(wù)器完成修復(fù)任務(wù)后，最終將修復(fù) 結(jié)果返回到WEB服務(wù)器及客服端。
WEB服務(wù)器與計算服務(wù)器之間的通信是通過RMI遠(yuǎn)程方法調(diào)用 來實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)遠(yuǎn)程過程調(diào)用并不能很好地應(yīng)用于分布式對象系統(tǒng)。 而Java的RMI技術(shù)則支持存儲于不同地址空間的程序級對象之間 彼此進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對象之間的無縫遠(yuǎn)程調(diào)用，因此本系統(tǒng)采用 RMI技術(shù)負(fù)責(zé)修復(fù)任務(wù)的調(diào)用和接受。
(4) 計算服務(wù)器端圖像修復(fù)模塊的調(diào)用圖3給出了具體的圖 像修復(fù)模塊調(diào)用方案。當(dāng)WEB服務(wù)器通過RMI遠(yuǎn)程調(diào)用方法將修補(bǔ) 任務(wù)提交給計算服務(wù)器后，計算調(diào)度服務(wù)程序?qū)⒔邮艿娜蝿?wù)包裝成獨(dú) 立的計算單元，并交由純種管理器具體調(diào)度。計算單元進(jìn)入管理器后，
被追加到計算單元隊列中。最先進(jìn)入隊列的計算單元將最先被運(yùn)行。 計算單元首先被包裝成為專用線程，然后進(jìn)行計算，在計算過程中隨
時返回進(jìn)度信息。計算完成后，線程通知管理器，管理器將該線程清 除，并把修補(bǔ)結(jié)果提交到服務(wù)器。其中WEB服務(wù)器可以配置任意數(shù) 目的運(yùn)算服務(wù)器，這樣WEB服務(wù)器便可以同時調(diào)用多個運(yùn)算服務(wù)，從而保證這種設(shè)計可以支持多個用戶同時使用修復(fù)服務(wù)。
考慮到彩畫修復(fù)的效率，具體修復(fù)運(yùn)算由0++語言實(shí)現(xiàn)，如圖l
計算服務(wù)程序模塊所示。為了解決Java語言與其他語言不兼容的問 題，系統(tǒng)采用JNI技術(shù)，用計算服務(wù)器端的Java程序調(diào)用修復(fù)運(yùn)算 生成的動態(tài)鏈接庫，從而成功地解決調(diào)用接口問題。在具體采用JNI 技術(shù)時，要求調(diào)用接口所傳參數(shù)必須和0++修復(fù)算法的參數(shù)列表完全一致。
(5)計算服務(wù)器端圖像修復(fù)模塊計算服務(wù)器負(fù)責(zé)彩畫修復(fù)運(yùn) 算的隊列管理和運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)算服務(wù)器開始執(zhí)行一幅彩畫的修復(fù)任務(wù) 時，其具體流程如圖4所示，稱其為基于結(jié)構(gòu)和樣本的圖像修復(fù)方法 對于給定的任意一副圖像，首先提取其損壞的區(qū)域，其實(shí)圖像的 受損區(qū)域已經(jīng)由用戶在客戶端標(biāo)記模塊中指定并且傳輸?shù)竭\(yùn)算服務(wù) 器。接著需要判斷圖像的受損區(qū)域中是否標(biāo)記出結(jié)構(gòu)線(由用戶在客 戶端標(biāo)記模塊中完成)，如果有結(jié)構(gòu)線，先按照結(jié)構(gòu)線修復(fù)方法修復(fù) 出受損區(qū)域的結(jié)構(gòu)輪廓，反之則直接進(jìn)入下一個流程。關(guān)于結(jié)構(gòu)線修 復(fù)方法我們會結(jié)合圖5在下一段中具體介紹。完成結(jié)構(gòu)線修復(fù)后，開 始整個受損區(qū)域的修復(fù)。本修復(fù)方法以像素塊為單位來進(jìn)行，即將待 修復(fù)區(qū)域分成若干等大小的像素塊，對于每個像素塊根據(jù)其優(yōu)先權(quán)按 順序修復(fù)。因此一開始就要確定每個待修補(bǔ)塊的優(yōu)先權(quán)，然后有序地 進(jìn)行修復(fù)。優(yōu)先權(quán)的確定是根據(jù)修補(bǔ)塊的自信度，也就是修補(bǔ)塊中已 知區(qū)域的比例來確定的。修復(fù)過程中，為了提高修復(fù)的效率和可靠性， 我們可以利用用戶提供的受損區(qū)域?qū)?yīng)的樣本區(qū)域信息。如果用戶在提交修補(bǔ)請求時指出了待修補(bǔ)區(qū)域所對應(yīng)的樣本區(qū)域，那么我們在尋 找最佳樣本塊時則不必進(jìn)行全局搜索，只需在指定的樣本區(qū)域中尋找 即可。找到修補(bǔ)塊的最佳樣本塊后將其拷貝到對應(yīng)的待修補(bǔ)位置， 這樣就完成了一個修補(bǔ)塊的修復(fù)。接下來，繼續(xù)更新各個塊的自信度， 提取新的修補(bǔ)塊，按照同樣流程進(jìn)行修復(fù)，直到修補(bǔ)完成。
圖5給出了結(jié)構(gòu)線修復(fù)的示意圖，如果用戶在提交修復(fù)請求時指 出了修復(fù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)線，那么修復(fù)算法將優(yōu)先從缺失的結(jié)構(gòu)輪廓開始
修補(bǔ)。圖中參表示整個圖像區(qū)域，而fi表示受損區(qū)域，根據(jù)先驗知識，
用戶可以標(biāo)記出和圖像未損壞區(qū)域的結(jié)構(gòu)輪廓一致的結(jié)構(gòu)線(紅色、 藍(lán)色、紫色線段)。要求標(biāo)定的結(jié)構(gòu)線必須是一條貫穿主要結(jié)構(gòu)的曲 線，并且兩端分別延長到圖像已知區(qū)域，只要這樣，結(jié)構(gòu)修復(fù)方法才 能充分利用人工標(biāo)定的結(jié)構(gòu)線提供的指導(dǎo)信息，獲取結(jié)構(gòu)線恢復(fù)的樣 本來源。在結(jié)構(gòu)修復(fù)中，待修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)輪廓上的修補(bǔ)塊的最佳樣本來 源僅限制在用戶畫出的結(jié)構(gòu)線的延長部分，即通過結(jié)構(gòu)線上的搜索來 找出最佳樣本塊，最后拷貝到待修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)樣本塊的位置。這種修復(fù) 方法利用結(jié)構(gòu)線的信息相似性，在提高缺失結(jié)構(gòu)恢復(fù)效果的同時，極 大地優(yōu)化了圖像修復(fù)的時間復(fù)雜度。由于優(yōu)先恢復(fù)了人眼最為敏感的 結(jié)構(gòu)信息，尤其是顯著結(jié)構(gòu)，受損圖像恢復(fù)的效果將得到非?？捎^的 改善。
本發(fā)明提出了一種快速有效的古代建筑油飾彩畫修復(fù)方法，并且 實(shí)現(xiàn)了一個多用戶，交互式的虛擬數(shù)字圖像修復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供給 用戶一個開放式的平臺，只要能連接到互聯(lián)網(wǎng)的用戶，都可以利用此系統(tǒng)，對需要修復(fù)的受損圖像進(jìn)行修復(fù)還原,
權(quán)利要求
1. 一種古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)，包括連接于網(wǎng)絡(luò)中的多臺客戶端、WEB服務(wù)器和計算服務(wù)器，其特征在于所述客戶端至少包括注冊登陸模塊、圖像管理模塊和客戶端通信模塊，所述圖像管理模塊包括添加圖像、刪除圖像、修復(fù)圖像和將圖像設(shè)為公開或者私有的子模塊；所述修復(fù)圖像子模塊是虛擬圖像修復(fù)運(yùn)算的人機(jī)交互接口，具有標(biāo)記待修復(fù)區(qū)域、標(biāo)記結(jié)構(gòu)線、標(biāo)記樣本區(qū)域和保存提交圖像標(biāo)記信息的功能；所述客戶端通信模塊負(fù)責(zé)客戶端與WEB服務(wù)器之間的通信；所述WEB服務(wù)器至少包括接受圖像標(biāo)記信息模塊、遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊和數(shù)據(jù)庫管理模塊，所述接受圖像標(biāo)記信息模塊負(fù)責(zé)接受并解析由客戶端通過通信模塊發(fā)送的圖像標(biāo)記信息，所述遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊將修復(fù)任務(wù)提交給計算服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)庫管理模塊綜合系統(tǒng)的所有圖像信息，所述圖像信息包括來自客戶端的圖像信息、WEB服務(wù)器上存儲的圖像信息以及計算服務(wù)器修復(fù)后的圖像信息；所述計算服務(wù)器包括遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊、圖像修復(fù)模塊和保存修復(fù)結(jié)果模塊，所述遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊接受WEB服務(wù)器的修復(fù)任務(wù)，并將修復(fù)任務(wù)傳遞給圖像修復(fù)模塊；所述圖像修復(fù)模塊具有圖像修復(fù)功能；所述保存修復(fù)結(jié)果模塊將圖像修復(fù)結(jié)果保存并返回給WEB服務(wù)器和客戶端。
2. —種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)方法，其特征在 于，具體包括如下步驟1) 首先，通過人機(jī)交互接口，用戶先標(biāo)記出圖像的待修復(fù)區(qū)域，然后 選擇性的標(biāo)記出待修復(fù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)線或者待修復(fù)區(qū)域?qū)?yīng)的樣本區(qū)域，再將 圖像標(biāo)記信息以PNG的數(shù)據(jù)格式通過客戶端通信模塊傳送到WEB服務(wù)器；2) WEB服務(wù)器接受圖像標(biāo)記信息模塊接收并解析客戶端的圖像標(biāo)記信息，然后通過遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊將修復(fù)任務(wù)提交給計算服務(wù)器，計算服 務(wù)器通過圖像修復(fù)模塊調(diào)用基于結(jié)構(gòu)和樣本的圖像修復(fù)方法；所述的基于結(jié) 構(gòu)和樣本的圖像修復(fù)方法具體為首先判斷圖像的待修復(fù)區(qū)域中是否標(biāo)記出結(jié)構(gòu)線，如果有結(jié)構(gòu)線，先按 照結(jié)構(gòu)線修復(fù)方法修復(fù)出受損區(qū)域的結(jié)構(gòu)輪廓，再進(jìn)行非結(jié)構(gòu)區(qū)域修復(fù)；所 述結(jié)構(gòu)線修復(fù)方法為將待修復(fù)結(jié)構(gòu)曲線的最佳樣本塊的搜索范圍限定在結(jié)構(gòu) 線的延長部分；如果圖像的待修復(fù)區(qū)域中沒有結(jié)構(gòu)線，則直接進(jìn)行非結(jié)構(gòu)區(qū) 域修復(fù)，所述非結(jié)構(gòu)區(qū)域修復(fù)為基于樣本的圖像修復(fù)方法；所述基于樣本的 圖像修復(fù)方法為確定待修復(fù)區(qū)域最高優(yōu)先權(quán)的修補(bǔ)塊，在待修復(fù)區(qū)域?qū)?yīng) 的樣本區(qū)域中搜索最佳樣本塊，并且拷貝最佳樣本塊的圖像信息到修補(bǔ)塊， 之后更新修補(bǔ)塊的自信度，完成修復(fù)；3)計算服務(wù)器中的保存修復(fù)結(jié)果模塊將圖像修復(fù)結(jié)果保存并返回給 WEB服務(wù)器，WEB服務(wù)器再返回給客戶端，客戶端對修復(fù)前后圖像進(jìn)行比 較，如果修復(fù)結(jié)果不一致，則返回步驟l)重新進(jìn)行圖像修復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)方法，其特征在于，用戶 在標(biāo)記圖像的待修復(fù)區(qū)域過程中，每進(jìn)行一次標(biāo)記都要以圖層的形式進(jìn)行保 存，所述的圖層是和待修復(fù)圖像高寬相等的布爾矩陣，標(biāo)記部分為布爾真， 非標(biāo)記部分為布爾假。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種古代建筑油飾彩畫虛擬修復(fù)系統(tǒng)及其修復(fù)方法，該修復(fù)系統(tǒng)包括連接于網(wǎng)絡(luò)中的多臺客戶端、WEB服務(wù)器和計算服務(wù)器，所述客戶端至少包括注冊登陸模塊、圖像管理模塊和客戶端通信模塊；所述WEB服務(wù)器至少包括接受圖像標(biāo)記信息模塊、遠(yuǎn)程調(diào)用計算服務(wù)模塊和數(shù)據(jù)庫管理模塊；所述計算服務(wù)器包括遠(yuǎn)程計算調(diào)用接受模塊、圖像修復(fù)模塊和保存修復(fù)結(jié)果模塊。該系統(tǒng)提供了一種快速有效的古代建筑油飾彩畫修復(fù)方法，并且實(shí)現(xiàn)了一個多用戶，交互式的虛擬數(shù)字圖像修復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供給用戶一個開放式的平臺，只要能連接到互聯(lián)網(wǎng)的用戶，都可以利用此系統(tǒng)，對需要修復(fù)的受損圖像進(jìn)行修復(fù)還原。
文檔編號G06T5/00GK101504764SQ20091002097
公開日2009年8月12日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者張彥路, 張陽軍, 牛彥植, 輝 王, 飛 王, 謝杰濤, 趙季中, 媛 韓 申請人:西安交通大學(xué)