数字图像修复技术应用于文物领域的研究

新书推荐 数字像置乱技术

汲斌斌

【摘要】伴随着社会的不断发展，我国科技水平也在不断提升。数字图像修复技术也在日趋完善，图像修复与文物修复有很多的共同点，正是由于这种共同点，充分结合数字图像修复通过数学运算方法自动化的特征，可以将文物领域的修复需要在计算机上实现。本文主要对数字图像修复技术应用于文物领域的修复意义及概念进行分析，在此基础上，对其路线、内容等进行分析，并对一些已经成功修复的实验成果进行展示。

【关键词】数字图像 修复技术 文物领域

我国科技的迅速发展，科学家对计算机技术也在进行深入研究，这样在很大程度上推动了信息化时代的进步。从目前来看，数字图像技术应用已经进入寻常百姓家，在书籍、报纸、手机、电视等媒体上随处可见。如今的信息技术可将实体物通过数码相机、扫描仪等设备转化为数字图像，这些数字图像在计算机系统中进行加工等一系列步骤可显示在多媒体上进行展示。近几年，数字图像技术的应用愈加广泛，数字图像领域逐渐发展出新型的图像复原技术。

一、数字图像修复技术的文物虚拟修复的概念及意义

数字图像修复技术中的文物虚拟修复技术就是对一些文物数字图像中所缺失、损坏的部分，应用现今的图像信息，根据一定的修复原则进行修复。其主要目的是复原损坏之前的文物，使修复后的数字图像无限接近原视图的视觉效果。单纯从数学角度来看，图像修复技术就是根据空白区域周围的信息将图像添入到空白区域中。很多科研人员认为，图像修复属于病态问题，由于缺少足够的信息并不能保证很好地恢复被损坏的部分。因此，只能从视觉方面来具体分析，从而提出一系列的假设来解决这一问题。在文物领域中，会有很多历史因素及其他客观因素等影响，出土的文物和存放时间长的文图表面会有很多的缺失，如裂缝、咬色、生锈、霉变等情况，这样使文物信息大量缺失，从而对文物的欣赏及研究有很大影响。在以往的文物修复过程中，一般是修复工作者通过对文物补色、刷洗等方法对文物进行简单修复。但是在如今的文物修复中，文物修复主要由具有想象力的修复专家在文物本体上进行处理。这种处理方法一旦形成便很难更改，如稍有大意，存留下来的历史文明将不复存在。因此，此种修复方法风险性极高。文物修复过程中，由于不同的修复专家主观意念会给文物复原造成一定的差异性。为了更好解决上述问题，我们根据计算机虚拟修复技术，对需要修复的文物及数字图像进行仔细评估，充分利用统计学理论及微积分方程建立预测模型，再用图像已知区域信息对缺失区域进行评估，这样便可更好地对数字文化图像进行虚拟修复。还可以更加便捷、快速地提出修复方案，使文物修复的工作周期大大缩短，有效地预防手工修复过程中对文物产生的二次伤害，避免受到人工修复中主观因素的影响，能最大限度修复所有文物缺失信息，使文物重现。

二、数字图像修复技术的文物修复技术内容及路线分析

数字图像修复技术是最近几年才发展起来的图像处理技术，所以，在文物修复应用研究中相对少见。根据数字图像修复技术自身的特征和文物自身特征，充分结合计算机应用及数字图像采集技术，在文物信息缺失的基础上，由容易到复杂、由浅入深形成数字图像修复技术和文物修复技术的基本内容及路线。

三、数字图像修复技术的文物虚拟修复成功实验案例

人们日常生活中所创造使用的物质形成了现今复杂多样化的历史文物。陶瓷类、石器类、金属类、壁画类等文物病害情况各不相同，文物表面的病害形式多种多样。但是，我们可以根据不同的数字图像修复技术，将一系列的病害造成的文物信息缺陷进行汇总。在汇总完成后，再根据不同种类进行分类，从数字图像的角度按照病害形状及大小的不同，可以采用相对应的图像修复算法进行修复。在众多的修复算法中，有一种是以微积分方程为依据的方法，这种算法对图像内容有光线延伸的图像及破损较小的图像修复效果较好，并且微积分方程修复效率极高。另一种是根据样本图像特点进行修复算法，其主要是基于纹理合成算法模型的延伸，主要对一些图像信息严重缺失的文物修复效果最佳。

在文物虚拟修复实验中，任何情况的信息缺失在修复过程中均需遵循文物保护“修复如初”的基本修复原则。比如现存于世的西安碑林博物馆中唐昭陵六骏中的“清骓”石雕。该项石雕就采用了基于变分PDE的修复模型进行了原型修复，该修复方法对图像中的裂痕进行了严密合理的计算估计，并根据所得周围像素的数值对裂隙处的像素进行了填算，从而在一定程度上填补了缝隙中缺失的相关信息，促使修复后效果较为连续且十分自然（见图1）。

陕西蓝田水陆庵明殿明代泥塑普贤菩萨的修复采取了基于样本的图像修复模型，其主要是利用像素样本块缺失情况来进行修补，这样在很大程度上保证了图像本身的色彩及复古气息，图像的历史沧桑感犹存，使视觉效果及欣赏价值提升了许多（见图2）。四川新津观音寺毗卢殿北墙明代壁画中的一些部分，因为保存时间较长，破损情况比较复杂，不但有很多细小的划痕，还有很大的像素缺失。所以，应用变分PDE模型和样本修复模型相结合的方法来对图像进行修复，这样更有利于原图像的修复如初。

除此之外，在文物修复过程中，还有一个很重要的原则，即通过已知信息不能对缺失部分进行判断时，并且查阅不到相关资料证明其缺失情况时，不能依照人的主观意念对文物进行修复。在文物虚拟修复时，一定要给计算机发出相应的指令，对图像进行对照分析，标记出图像中可以进行虚拟修复的位置，对不能判断出的则不需要进行标记，如不这样做，计算机就会进行错误的修复。

四、数字图像修复技术在文物领域中的应用展望

随着信息时代的到来，不同的信息应用不断出现，从而使数字图像在社交网络、微博、电子商务中的需求越来越大。在文物领域，通过网络来对文物信息进行传播已经成为新趋势。在这种趋势的影响下，虽然数字图像修复技术的研究并不透彻，但相信以后这门技术将会广泛地应用在文物保护领域、文物考古领域、文物展陈领域等。例如，在文物保护领域，通过文物虚拟修复技术而获得修复后的效果图，并将效果图应用在文物保护方案中，经过文物专家的不断完善，将会为文物的实体修复提供有效的依据。在文物考古领域，考古专家们发掘的文物大多是残破的古物，这些残破的陶瓷器、青铜器想要恢复原貌就要依靠修复工作。应用数字图像技术来进行修复工作，不仅可以获得更多的考古资料，还可以促进考古工作的顺利完成。

总结：数字图像修复技术虽然在文物领域应用研究的时间还不长，但是，随着我国科技的不断创新，计算机技术及数字图像技术的继续发展，三维数字图像修复技术的不断成熟，相信数字图像修复技术将会发展得更好。

参考文献：

[1]张红英，彭启琮.数字图像修复技术综述[J].中国图象图形学报，2011（01）.

[2]陈卿，王慧琴，吴萌.基于纹理特征的自适应图像修复算法[J].计算机应用，2011（06）.

[3]王展，王慧琴，吴萌等.数字图像修复技术在文物领域的应用展望[J].文博，2012（06）.

[4]梁龙.基于样本的图像修复算法在唐墓壁画上的应用[D].西安建筑科技大学，2013（05）.