物体轮廓曲线匹配技术在文物复原中的应用

论文摘要

对于大量的文物碎片,如果进行人工拼接则不仅工作量大而且容易造成文物的再次破坏,因此需要借助计算机实现文物复原。在计算机辅助的文物复原系统中,碎片自动复原是指从众多散乱的碎片当中,借助计算机通过匹配技术识别出原本相邻的碎片并进一步恢复碎片原貌,其中碎片匹配技术是碎片自动拼接复原中的关键技术。在计算机辅助的文物复原系统中有几项关键技术需要处理,包括曲线表示方法,曲线特征量的选取以及匹配算法的设计等。本文主要对非规则文物碎片形状匹配以及拼接复原问题进行研究,本文主要的工作包括以下几个方面:1.研究了二维轮廓曲线匹配算法,碎片的相似度比较主要依靠边界轮廓曲线实现。在算法过程中选取边界连接点作为特征量,连接点不仅能够有效反映该点的局部特征而且还能反映相邻点的特征,因此选取连接点作为特征量能够取得较好的匹配结果。实验结果证明该算法具有较高的效率和精确度。2.如何选取轮廓曲线上离散点的几何特征量也是碎片匹配问题中的一个关键技术。在三维轮廓曲线匹配算法中,选取离散点的曲率和挠率作为特征量。在曲率计算方法中,提出了改进的卷积积分算法,在多尺度空间使用线性插值方法对轮廓曲线重采样并估算离散点的曲率和挠率,实验证明改进的算法能够有效计算出离散点的几何特征量。3.提出了改进的基于Hausdorff距离的匹配算法,该算法首先根据离散点的特征值得到轮廓曲线上的特征点,根据特征点的邻域曲面对特征点进行分类,然后根据特征点类型标志以及特征点之间的Hausdorff距离判断两曲线段的相似度,然后再利用法矢量对有可能匹配的曲线段进行验证。实验表明,该算法不仅提高了算法匹配速度,而且在匹配过程中充分利用了断裂曲线邻域曲面的特征,从而降低了伪匹配情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 破碎文物拼接复原涉及的技术
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 1.6 论文的组织
• 第2章 碎片轮廓曲线匹配概述
• 2.1 碎片的理想模型及实际模型
• 2.2 碎片复原过程中的抽象描述
• 2.3 碎片复原的实现过程
• 2.4 碎片的数字化
• 2.5 轮廓曲线的提取及轮廓特征点
• 2.5.1 二维轮廓曲线的提取
• 2.5.2 轮廓特征点
• 2.6 轮廓曲线的表示
• 2.6.1 链码
• 2.6.2 样条表示法
• 2.6.3 多边形逼近
• 2.7 轮廓曲线的滤波和重采样
• 2.7.1 轮廓曲线的滤波
• 2.7.2 轮廓重采样
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于多尺度的二维轮廓曲线匹配算法
• 3.1 拼接的原则
• 3.2 碎片复原中的方向性
• 3.3 二维曲线段特征量选取
• 3.4 轮廓曲线特征点选取
• 3.5 匹配算法
• 3.6 实例分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 三维轮廓曲线匹配算法
• 4.1 三维轮廓曲线的提取
• 4.1.1 网格数据的存储
• 4.1.2 轮廓曲线的提取
• 4.2 轮廓曲线的B 样条表示
• 4.3 特征量选取
• 4.4 匹配算法
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 改进的基于 Hausdorff 距离匹配算法
• 5.1 改进的曲率计算方法
• 5.2 特征点提取和轮廓分段
• 5.3 特征点的类型标志
• 5.4 Hausdorff 距离
• 5.5 法矢验证
• 5.6 实例分析
• 5.7 碎片的拼合
• 5.7.1 曲线的局部坐标系
• 5.7.2 曲面的局部坐标系
• 5.8 曲面拼接
• 5.8.1 坐标变换
• 5.8.2 变换矩阵
• 5.9 碎片拼合后轮廓曲线的提取
• 5.10 碎片拼接效果的度量
• 5.11 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果