數字圖像修復技術應用于文物領域的研究

汲斌斌

【摘要】伴隨著社會的不斷發(fā)展，我國科技水平也在不斷提升。數字圖像修復技術也在日趨完善，圖像修復與文物修復有很多的共同點，正是由于這種共同點，充分結合數字圖像修復通過數學運算方法自動化的特征，可以將文物領域的修復需要在計算機上實現。本文主要對數字圖像修復技術應用于文物領域的修復意義及概念進行分析，在此基礎上，對其路線、內容等進行分析，并對一些已經成功修復的實驗成果進行展示。

【關鍵詞】數字圖像 修復技術 文物領域

我國科技的迅速發(fā)展，科學家對計算機技術也在進行深入研究，這樣在很大程度上推動了信息化時代的進步。從目前來看，數字圖像技術應用已經進入尋常百姓家，在書籍、報紙、手機、電視等媒體上隨處可見。如今的信息技術可將實體物通過數碼相機、掃描儀等設備轉化為數字圖像，這些數字圖像在計算機系統(tǒng)中進行加工等一系列步驟可顯示在多媒體上進行展示。近幾年，數字圖像技術的應用愈加廣泛，數字圖像領域逐漸發(fā)展出新型的圖像復原技術。

一、數字圖像修復技術的文物虛擬修復的概念及意義

數字圖像修復技術中的文物虛擬修復技術就是對一些文物數字圖像中所缺失、損壞的部分，應用現今的圖像信息，根據一定的修復原則進行修復。其主要目的是復原損壞之前的文物，使修復后的數字圖像無限接近原視圖的視覺效果。單純從數學角度來看，圖像修復技術就是根據空白區(qū)域周圍的信息將圖像添入到空白區(qū)域中。很多科研人員認為，圖像修復屬于病態(tài)問題，由于缺少足夠的信息并不能保證很好地恢復被損壞的部分。因此，只能從視覺方面來具體分析，從而提出一系列的假設來解決這一問題。在文物領域中，會有很多歷史因素及其他客觀因素等影響，出土的文物和存放時間長的文圖表面會有很多的缺失，如裂縫、咬色、生銹、霉變等情況，這樣使文物信息大量缺失，從而對文物的欣賞及研究有很大影響。在以往的文物修復過程中，一般是修復工作者通過對文物補色、刷洗等方法對文物進行簡單修復。但是在如今的文物修復中，文物修復主要由具有想象力的修復專家在文物本體上進行處理。這種處理方法一旦形成便很難更改，如稍有大意，存留下來的歷史文明將不復存在。因此，此種修復方法風險性極高。文物修復過程中，由于不同的修復專家主觀意念會給文物復原造成一定的差異性。為了更好解決上述問題，我們根據計算機虛擬修復技術，對需要修復的文物及數字圖像進行仔細評估，充分利用統(tǒng)計學理論及微積分方程建立預測模型，再用圖像已知區(qū)域信息對缺失區(qū)域進行評估，這樣便可更好地對數字文化圖像進行虛擬修復。還可以更加便捷、快速地提出修復方案，使文物修復的工作周期大大縮短，有效地預防手工修復過程中對文物產生的二次傷害，避免受到人工修復中主觀因素的影響，能最大限度修復所有文物缺失信息，使文物重現。

二、數字圖像修復技術的文物修復技術內容及路線分析

數字圖像修復技術是最近幾年才發(fā)展起來的圖像處理技術，所以，在文物修復應用研究中相對少見。根據數字圖像修復技術自身的特征和文物自身特征，充分結合計算機應用及數字圖像采集技術，在文物信息缺失的基礎上，由容易到復雜、由淺入深形成數字圖像修復技術和文物修復技術的基本內容及路線。

三、數字圖像修復技術的文物虛擬修復成功實驗案例

人們日常生活中所創(chuàng)造使用的物質形成了現今復雜多樣化的歷史文物。陶瓷類、石器類、金屬類、壁畫類等文物病害情況各不相同，文物表面的病害形式多種多樣。但是，我們可以根據不同的數字圖像修復技術，將一系列的病害造成的文物信息缺陷進行匯總。在匯總完成后，再根據不同種類進行分類，從數字圖像的角度按照病害形狀及大小的不同，可以采用相對應的圖像修復算法進行修復。在眾多的修復算法中，有一種是以微積分方程為依據的方法，這種算法對圖像內容有光線延伸的圖像及破損較小的圖像修復效果較好，并且微積分方程修復效率極高。另一種是根據樣本圖像特點進行修復算法，其主要是基于紋理合成算法模型的延伸，主要對一些圖像信息嚴重缺失的文物修復效果最佳。

在文物虛擬修復實驗中，任何情況的信息缺失在修復過程中均需遵循文物保護“修復如初”的基本修復原則。比如現存于世的西安碑林博物館中唐昭陵六駿中的“清騅”石雕。該項石雕就采用了基于變分PDE的修復模型進行了原型修復，該修復方法對圖像中的裂痕進行了嚴密合理的計算估計，并根據所得周圍像素的數值對裂隙處的像素進行了填算，從而在一定程度上填補了縫隙中缺失的相關信息，促使修復后效果較為連續(xù)且十分自然（見圖1）。

陜西藍田水陸庵明殿明代泥塑普賢菩薩的修復采取了基于樣本的圖像修復模型，其主要是利用像素樣本塊缺失情況來進行修補，這樣在很大程度上保證了圖像本身的色彩及復古氣息，圖像的歷史滄桑感猶存，使視覺效果及欣賞價值提升了許多（見圖2）。四川新津觀音寺毗盧殿北墻明代壁畫中的一些部分，因為保存時間較長，破損情況比較復雜，不但有很多細小的劃痕，還有很大的像素缺失。所以，應用變分PDE模型和樣本修復模型相結合的方法來對圖像進行修復，這樣更有利于原圖像的修復如初。

除此之外，在文物修復過程中，還有一個很重要的原則，即通過已知信息不能對缺失部分進行判斷時，并且查閱不到相關資料證明其缺失情況時，不能依照人的主觀意念對文物進行修復。在文物虛擬修復時，一定要給計算機發(fā)出相應的指令，對圖像進行對照分析，標記出圖像中可以進行虛擬修復的位置，對不能判斷出的則不需要進行標記，如不這樣做，計算機就會進行錯誤的修復。

四、數字圖像修復技術在文物領域中的應用展望

隨著信息時代的到來，不同的信息應用不斷出現，從而使數字圖像在社交網絡、微博、電子商務中的需求越來越大。在文物領域，通過網絡來對文物信息進行傳播已經成為新趨勢。在這種趨勢的影響下，雖然數字圖像修復技術的研究并不透徹，但相信以后這門技術將會廣泛地應用在文物保護領域、文物考古領域、文物展陳領域等。例如，在文物保護領域，通過文物虛擬修復技術而獲得修復后的效果圖，并將效果圖應用在文物保護方案中，經過文物專家的不斷完善，將會為文物的實體修復提供有效的依據。在文物考古領域，考古專家們發(fā)掘的文物大多是殘破的古物，這些殘破的陶瓷器、青銅器想要恢復原貌就要依靠修復工作。應用數字圖像技術來進行修復工作，不僅可以獲得更多的考古資料，還可以促進考古工作的順利完成。

總結：數字圖像修復技術雖然在文物領域應用研究的時間還不長，但是，隨著我國科技的不斷創(chuàng)新，計算機技術及數字圖像技術的繼續(xù)發(fā)展，三維數字圖像修復技術的不斷成熟，相信數字圖像修復技術將會發(fā)展得更好。

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