數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)在缺損照片處理中的應(yīng)用探討

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷提高，數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用也越來越顯著，其是數(shù)字圖像處理中一個很重要的技術(shù)手段，可有效地將一些破損圖片、照片、畫作以及電影膠片等元素修復(fù)歸位。同時為了滿足當(dāng)下人們對于圖像和視頻的多元化需求，數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新和改進(jìn)，并在各領(lǐng)域中獲得民眾的一致好評，如：視頻通信、文字檔案、生物醫(yī)學(xué)、遙感測繪、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，文章主要針對數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)在缺損照片處理中的應(yīng)用做進(jìn)一步的探討和分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)；缺損照片處理；應(yīng)用探討

21世紀(jì)是一個技術(shù)信息的時代，各種數(shù)字產(chǎn)品、電子產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越受到人們的歡迎，可以給其日常生活帶來很大的便利。因此數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)也就逐漸突顯出它在各領(lǐng)域中的技術(shù)優(yōu)勢，其可以將一些有劃痕的圖片、移除文字后的缺損區(qū)等元素進(jìn)行有效的填充和修補(bǔ)，使之還原成本來面貌，從而恢復(fù)正常使用功能。并能對不同受損程度的照片采取新的修復(fù)技術(shù)，從而提升數(shù)字圖像修復(fù)質(zhì)量，為社會發(fā)展和人們多元化的需求做出應(yīng)盡的貢獻(xiàn)和義務(wù)。

1 數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)概述

所謂圖像修復(fù)，是指對圖像中信息殘缺的部位進(jìn)行有效的填充和修補(bǔ)，使之還原成完整面貌的一個補(bǔ)全過程。圖像修復(fù)技術(shù)起源于歐洲文藝復(fù)興時期，在以往應(yīng)用過程中，其通常對一些因保存不善出現(xiàn)裂痕或縫隙的作品進(jìn)行完整的修補(bǔ)，修補(bǔ)方式極為單一和滯后，主要是依靠人手工修復(fù)來完成，不僅修補(bǔ)周期較長，而且也給工作人員增加了很大的負(fù)擔(dān)。隨著社會的不斷進(jìn)步和發(fā)展，很多圖像作品也都采用了數(shù)字化的處理技術(shù)，修復(fù)人員只需用電腦將其掃描，然后再利用電腦中事先安裝好的相應(yīng)程序，對作品進(jìn)行自動修復(fù)，這樣就完成了整個修復(fù)過程，既提高了修復(fù)效率，又節(jié)省了修復(fù)時間和人工成本，從而保證了作品的完整性和有效性?，F(xiàn)階段，數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)已在大范圍內(nèi)推廣和使用，也被越來越多的學(xué)者和專家們所認(rèn)同，其不僅適用于靜態(tài)圖像的修復(fù)，還可以在動態(tài)圖像中發(fā)揮優(yōu)勢，目前，我國數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)主要包括兩種技術(shù)形式，一種是基于變分PDE模型的數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)，一種是基于紋理合成的數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)，基于紋理結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)。前者可修復(fù)一些小尺度破損的數(shù)字圖像，其修復(fù)原理是根據(jù)待修補(bǔ)區(qū)域的邊緣信息來確定，沒有任何局限性可同時填補(bǔ)多個不同結(jié)構(gòu)和背景的區(qū)域。而對于一些較大面積信息丟失的圖像而言，其處理手段就要采用基于紋理合成的圖像修復(fù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這種修復(fù)技術(shù)又包含圖像分解的紋理合成修復(fù)技術(shù)和樣本的紋理合成修復(fù)技術(shù)，其修復(fù)原理是先把待修復(fù)的圖像根據(jù)結(jié)構(gòu)和紋理分成兩部分，然后再把其中屬于結(jié)構(gòu)部分的圖像利用PDE模型處理修補(bǔ)算法來處理，而剩下的紋理部分圖像則采用紋理合成的方法來填充，這樣分割式修復(fù)既能從根本上提升圖像修復(fù)質(zhì)量，又可以保持圖像的清晰和完整，從而滿足當(dāng)下廣大用戶修復(fù)的需求[1]。

2 數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)在缺損照片處理中的應(yīng)用

2.1 小面積破損照片處理中的應(yīng)用

在現(xiàn)實(shí)生活中，有很多照片由于儲存條件極為困難，導(dǎo)致其常常得不到妥善的保管，還有的照片因?yàn)槭艿阶匀灰蛩鼗蛉藶橐蛩氐挠绊懀率蛊浔砻媪粝潞芏嗾酆刍騽澓鄣挠∮?，?yán)重影響照片的鑒賞性。對于這些小面積缺損照片的處理，可以利用變分PDE模型修復(fù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這種技術(shù)可以彌補(bǔ)以往修復(fù)中靠已知信息來推測殘損區(qū)域信息的弊端，全面保證圖像修復(fù)的準(zhǔn)確性和時效性。其是利用各種假設(shè)的數(shù)學(xué)模型，將所要修復(fù)的問題轉(zhuǎn)化成符合受損區(qū)域信息標(biāo)準(zhǔn)的能量函數(shù)，然后再通過轉(zhuǎn)換程序?qū)⑦@些能量函數(shù)轉(zhuǎn)化成人們易懂的圖像信息，從而完成整個修復(fù)過程。

2.2 大面積破損照片處理中的應(yīng)用

通常情況下，大面積破損照片的處理都要采用紋理合成圖像修復(fù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 紋理合成概述

紋理是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)里用來表示物體表面細(xì)節(jié)的標(biāo)志，其涵蓋了顏色和幾何兩種特質(zhì)，因此紋理也常常被人們稱作顏色紋理和幾何紋理。一般情況下，紋理的局部特征是在有限范圍內(nèi)不斷重復(fù)，并由多種紋理單元排列而成，其每個結(jié)構(gòu)的大小和面積都是處在均勻的狀態(tài)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，自然界紋理也可以用其來模擬，而整個模擬過程就被稱作是紋理合成。在紋理合成的不斷改進(jìn)中，其演變成兩種合成方法，即基于過程的紋理合成和基于樣本的紋理合成，其中基于過程的紋理合成是將自然界中存在的各種紋理與相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識相結(jié)合而成的技術(shù)方式，它不但可以使紋理結(jié)構(gòu)變得更為緊湊，分辨率不受限制，而且還能擴(kuò)大紋理圖案的覆蓋區(qū)域，使其不受任何因素限制。而基于樣本的紋理合成則是一種新時期發(fā)展而來的新的“紋理合成”技術(shù)，其是利用數(shù)學(xué)分析算法的原理對一些小塊的樣本紋理進(jìn)行分析，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來完成紋理的合成，該合成方法有效地抵消了傳統(tǒng)紋理合成技術(shù)中存在的缺陷和不足，從根本上提升了合成技術(shù)的質(zhì)量和效率，并在大范圍內(nèi)得到有利的推廣和運(yùn)用，如：圖像編輯、數(shù)據(jù)壓縮、圖像傳輸、缺損圖像的修復(fù)、動畫視頻制作等領(lǐng)域，有著很高的社會價值和應(yīng)用價值。

2.2.2 基于圖像分解的紋理合成修復(fù)方法

應(yīng)用圖像分解的紋理合成修復(fù)方法，首先就要對受損圖像進(jìn)行合理的分解，將其分成結(jié)構(gòu)和紋理兩大部分，然后再分別對各部分圖像進(jìn)行處理，待兩部分圖像處理結(jié)果完畢后，還要使其相互重疊，從而形成一副修復(fù)完整的圖像。在修復(fù)過程中，對于結(jié)構(gòu)部分的圖像，最好采用基于偏微分方程的修復(fù)方法，而紋理部分圖像的修復(fù)，就盡量采用紋理合成的修復(fù)方式來進(jìn)行，這樣分門別類的采取修復(fù)，可以進(jìn)一步完善修復(fù)效果，使其完整度和美觀度都能得到很好的提升。但由于結(jié)構(gòu)修復(fù)和紋理修復(fù)的過程存在差異，兩者在重疊的時候，極容易發(fā)生圖像模糊的現(xiàn)象，所以該方法比較適用于那些破損面積比較大的圖像[2]。

2.2.3 基于樣本的紋理合成修復(fù)方法

在應(yīng)用基于樣本的紋理合成修復(fù)技術(shù)時，要先根據(jù)用戶所提供的紋理樣本，合成一幅新的紋理圖像，并使兩者的視覺效果達(dá)到一致。同時基于缺損圖像修補(bǔ)的實(shí)質(zhì)，還要將基于樣本的紋理合成技術(shù)引入到缺損圖像修復(fù)中來，使其缺損區(qū)域的紋理和結(jié)構(gòu)可以保持一定的連貫性和完整性。另外還要利用數(shù)字圖像修復(fù)算法，將圖像缺損區(qū)域邊界線上各點(diǎn)的模板塊的優(yōu)先權(quán)計(jì)算出來，并選出最具優(yōu)先權(quán)的模板作為缺損區(qū)域邊界處的修復(fù)基準(zhǔn)。其次還要根據(jù)缺損區(qū)域周圍的已知信息，搜索出與基準(zhǔn)模板塊相似度最大的缺損圖像塊，并將搜索到的圖像塊信息與基準(zhǔn)模板相互重疊，使其達(dá)到一致和統(tǒng)一，才能完成整個基準(zhǔn)塊信息的修復(fù)過程。此外在修復(fù)完畢后，還要將圖像缺損區(qū)域邊界進(jìn)行有效的修復(fù)，直到破損區(qū)域完全恢復(fù)到原貌為止[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各個領(lǐng)域在數(shù)字化電子產(chǎn)品的應(yīng)用上也取得了十分顯著的成績，其給人們的日常生產(chǎn)生活都帶來很大的影響。相對數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用也就顯得尤為重要，因?yàn)槠淇梢孕迯?fù)一些因各種因素所導(dǎo)致的破損圖片、照片、畫作和電影膠片的修復(fù)，并且還能修復(fù)一些古文物，在影視特技制作、圖像的傳輸與壓縮、圖像的縮小與放大等領(lǐng)域中也有著不可估量的作用，為人們生活所需和社會所需帶來很大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李睿.數(shù)字圖像修復(fù)新方法的研究與應(yīng)用[D].山東理工大學(xué)，2015（11）：12-14.

[2]王美紅.數(shù)字圖像修復(fù)算法的研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2016（2）：32-33.

[3]陳桂玉.圖像缺損信息的修復(fù)方法和研究[J].2016（1）：55-56.

作者簡介：丁豐，碩士研究生，單位：廣東科技學(xué)院計(jì)算機(jī)系，研究方向：數(shù)字圖像處理。