[发明专利]一种基于高光谱成像的壁画信息提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种壁画信息提取方法，尤其涉及一种基于高光谱成像的壁画信息提取方法。

背景技术

壁画是历史与艺术结合的产物，它从不同的侧面反映了各个历史时期的经济文化发展状况和意识形态，其信息有助于帮助考古学家深入了解历史的发展轨迹及状态，分析早期艺术学家的绘画技法，并有利于指导壁画保护工作者制定合理的保护和修复方案。

目前已有的壁画底稿信息的提取仅利用可见光波段，存在信息不全面的局限性，随着光谱范围的扩展，增加了壁画信息的可视化范围，但对于壁画底稿信息的提取依旧采用目视识别的方法，效率较低。

目前壁画颜料信息的分析多采用采样的手段进行，通过采集壁画绘制颜料的样本，结合物理或化学多种检测手段对目标颜料进行分析，该采样的过程是不可逆的，对壁画具有一定的损害，该方法不利于壁画保护工作的进行。

病害现状的调查对壁画的制作材料及工艺、修复材料的筛选、修复工艺、工作量估算等具有决定性影响。对壁画病害信息的提取和分析传统上主要是利用透明方格法和CAD法，这两种方法不仅人工参与大，并且还存在着主观性强、效率低、耗时耗力的缺点。

发明内容

本发明针对现有技术的弊端，提供一种基于高光谱成像的壁画信息提取方法。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法，包括如下步骤：

步骤一，获取预定区域内壁画的原始高光谱影像信息；

步骤二，根据上述原始高光谱影像信息提取壁画的底稿信息、壁画的颜料信息、以及壁画的病害信息。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法的步骤二中，去除原始高光谱影像信息中的冗余信息而获得包含该原始高光谱影像信息主要特征的主成分信息，所述主成分信息为高光谱影像信息中各个波段的线性组合；根据各个波段的权重值而选取出主成分中的特征波段，并由选取出的特征波段合成壁画的底稿信息。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，设A＝(A₁，A₂，...，A_m)^T为m维的样本空间，具有m个变量；A的均值为E(A)＝η，而A的协方差为R(A)＝L≥0，则根据样本变量所求出的协方差矩阵提取主成分的步骤为：

基于样本的协方差矩阵求解相关的特征值及特征向量，每个特征值都会对应一组特征向量，它们可以表示为T₁，T₂，...，T_m；

设p个主成分可以表示为Z₁，Z₂，...，Z_P，这p个主成分可以表示为j＝1，2，…，p，在该表达式中T_j为前述特征值求得的各个特征向量T₁，T₂，...，T_m所组成的主成分向量矩阵。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述各个波段的权重值为预先设置；

根据各个波段的权重值绘制权重值与波段对应关系的曲线，该曲线的波峰及波谷部分所对应的波段即为特征波段。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法的步骤二中，

去除原始高光谱影像信息中不包含任意空间信息的噪声影像信息；

自上述去除操作后剩余的高光谱影像信息中提取各类颜料的波谱曲线，并构建包含上述各类颜料的波谱曲线的参考波谱特征库；

将原始高光谱影像信息与参考波谱特征库内各类颜料的波谱曲线进行匹配，从而确定壁画中各类颜料的分布状况。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，所述噪声影像信息包括原始高光谱影像信息中的模糊影像信息、和/或原始高光谱影像信息中经过计算而得出的噪声统计、和/或原始高光谱影像信息计算过程中累加的误差。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，对噪声影像信息的协方差矩阵进行线性变换，使各个噪声影像信息具有单位方差且彼此之间不相关；

基于噪声影像信息的协方差矩阵求解相关的特征值，特征值小于设定阈值的噪声影像信息则为需要去除的噪声影像信息。

本发明所述的基于高光谱成像的壁画信息提取方法中，对预定区域利用N维可视化器进行提取，所述N维可视化器中每个点的坐标由N个值确定，此N个值即为此点的像素的波谱反射值；

所述N维可视化器上呈现聚集的点所对应的波谱即为该预定区域内选定颜料所对应的波谱信息；