[发明专利]一种基于自适应邻域匹配的文物碎片自动拼接方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应邻域匹配的文物碎片自动拼接方法，属于计算机图形图像处理领域。该方法首先利用文物碎片特征线刻画碎片表面几何纹理及其断裂部位轮廓线，然后针对断裂轮廓线上不同的点，生成不同的局部自适应邻域，邻域中同时包含文物碎片表面几何纹理及表面颜色纹理，从而将断裂部位轮廓线的匹配扩展为断裂部位“轮廓带”的匹配；最后通过断裂部位“轮廓带”的匹配，确定文物碎片的邻接关系，利用刚体变换完成邻接碎片拼接。本发明提出的基于自适应邻域匹配的文物碎片自动拼接方法，能够有效融合文物碎片上的多种特征，针对断裂部位存在缺损碎片，具有自动化程度高和结果准确度高的优点。

技术领域

本发明属于计算机图形图像处理技术领域，涉及一种基于自适应邻域匹配的文物碎片自动拼接方法。

背景技术

文物是历史社会的发展和演变中，由人类智慧及劳动所创造的具有历史、艺术及科学价值的遗物和遗迹，代表了一个民族的文化底蕴和智慧结晶，还标志着不同历史时期经济、政治、科技及文化的发展水平和走向，为当代人了解历史、研究历史提供了可靠的依据及弥足珍贵的素材。因此，文物保护工作至关重要。从20世纪90年代起，伴随信息技术的爆炸式发展，尤其是数字摄影技术、光学扫描技术、虚拟现实、多媒体等技术的研究与兴起，文物修复和复原工作也进入了信息时代，利用数字化手段对文物进行虚拟复原，即计算机辅助文物碎片虚拟拼接技术得到了长足的发展。数字化技术的出现与进步，对文物复原、保护及展示等具有重要意义，相较于传统手工复原方法，数字化虚拟拼接技术能够不受时间和空间的限制，在提高文物复原效率的同时，避免人工复原对文物的二次破坏。

文物碎片拼接问题是文物虚拟复原领域的研究热点与关键问题，其核心在于根据文物碎片模型上显著特征的相似性判定碎片的邻接关系，并通过邻接碎片的拼合实现文物复原。目前，针对文物碎片虚拟拼接问题，诸多学者分别做了大量的研究。根据特征提取阶段所提取特征的不同，当前碎片拼接算法可以分为几何特征驱动的方法以及非几何特征驱动的方法；根据文物碎片的类型，可分为薄壁类文物复原方法和非薄壁类文物复原方法；然而，无论是薄壁类碎片还是非薄壁类碎片的拼合，其基本的拼接流程是一致的，具体到拼接方法，不同则在于其特征对象及相应的形状描述方法，并且，基于不同的特征及形状描述子，后续步骤中所采用的匹配技术亦不相同。根据复原流程是否需要人工指导参与，可以分为自动复原方法与交互式复原方法。

现有的大部分碎片自动拼接方法，都依赖于碎片断裂部位(断裂面或断裂轮廓线等)的几何信息，因此针对断裂部位较完整的碎片具有较好的效果；基于统计计算的方法则针对轴对称形状的物体效果较理想。当碎片数量较大且形状复杂多变时，交互式拼接算法也难以获得令人满意的效果。也就是说，现有碎片自动拼接算法，针对断裂部位存在缺损碎片，往往容易失效。

参考文献：

[1]Vendrell-Vidal E.A discrete approach for pairwise matching ofarchaeological fragments[J].Journal on Computing&Cultural Heritage,2014,7(3):1-19

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种基于自适应邻域匹配的文物碎片自动拼接方法，解决了现有技术需依赖碎片断裂部位几何信息的完整性及准确性，针对断裂部位缺损文物碎片容易失效的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于自适应邻域匹配的文物碎片自动拼接方法，包括以下步骤：

步骤一，对每个碎片的轮廓线进行均匀采样，得到离散的包含有颜色信息的采样点；根据采样点的颜色信息将轮廓线划分成多个曲线段；

步骤二，在所有碎片中任选两个碎片，计算分别位于两个碎片的轮廓线上的任意两个曲线段的颜色累积差，根据颜色累积差将所有碎片分成多个初始匹配组；