基于圖像模式識別的數(shù)字圖書資料修復及應用

王帆

摘 要：圖書內(nèi)容的電子化和網(wǎng)絡化發(fā)展就是圖書資料的數(shù)字化過程，圖書資料實現(xiàn)了數(shù)字化之后，就會存儲在專業(yè)的數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng)中，讀者只需要通過網(wǎng)絡就可以在線閱讀或者下載，文章闡述了圖形模式識別技術(shù)在數(shù)字圖書資料修復中的應用情況，即通過對圖書資料進行掃描、二值化和圖像的重建等方法對不清晰的圖形進行自動修復，最終實現(xiàn)數(shù)字圖書資料的數(shù)字化處理。

關鍵詞：圖像模式識別；數(shù)字圖書；資料修復；

1圖書數(shù)字化處理的基本要求

圖書資料的數(shù)字化是圖書內(nèi)容的電子化和網(wǎng)絡化，數(shù)字化的圖書資料脫離了傳統(tǒng)的媒介載體———紙質(zhì)材料。圖書經(jīng)數(shù)字化處理后，存儲于專業(yè)管理的數(shù)據(jù)庫服務器中，讀者通過網(wǎng)絡進行在線閱讀。在我國，當前以“清華同方”、“維普資訊”的學術(shù)文獻數(shù)據(jù)庫的建立與使用為代表；大量的傳統(tǒng)圖書已被制成以光盤為主要存貯形式的電子圖書，如書生之家；“數(shù)字圖書館”（“虛擬圖書館”）的建設和發(fā)展等都離不開圖書的數(shù)字化處理這一關鍵技術(shù)。雖然這兩種媒介（網(wǎng)絡媒介和紙質(zhì)媒介）表達文獻的方式不一樣，但都是同樣內(nèi)容的呈現(xiàn)，圖書數(shù)字化的基本要求是經(jīng)處理后，電子圖書能客觀地再現(xiàn)紙質(zhì)圖書的原有真實內(nèi)容。

2傳統(tǒng)修復過程中存在的問題

對圖書資料進行數(shù)字化處理，首先要進行數(shù)據(jù)收集，即將相關的數(shù)據(jù)輸入計算機；而后，會顯示出一個長方形方框；對這個長方形方框進行圖像預處理之后，就要對區(qū)域內(nèi)的圖像進行模式識別。通過這種方法能將圖書資料中的文字清晰而又準確地反映出來，為圖書資料的修復提供參考意見。這一系列過程完成之后，就可以實現(xiàn)圖書和檔案的數(shù)字化。目前，二值化方法是圖書數(shù)字化中使用最多的方法。因為在數(shù)字圖書資料的修復過程中，需要對大量的數(shù)據(jù)進行處理，而使用二值化的方法就能滿足這種需求。二值化方法具有工作效率高的特點，這也是其最大的優(yōu)勢。數(shù)字圖書資料經(jīng)過二值化的處理之后，所得到圖像的對比度會高于原有圖書資料中的圖像，給識別和閱讀提供方便的同時也會帶來一些新的問題，例如：二值化處理會使原來圖像中本來就不清晰的部分字符變得更加模糊，不能進行準確識別。這個問題不能解決，就會給圖書資料的數(shù)字化工作帶來巨大的負面影響。如果連數(shù)字化處理的基本要求都無法達到，就會迫使圖書管理人員放棄對這一部分資料進行修復。此外，通過圖像采集系統(tǒng)攝入的圖像通常都會自動生成BMP格式并存放在計算機中，但計算機顯示出來的卻是灰度圖像。在各種因素的影響下，圖像會出現(xiàn)模糊，筆畫斷開、粗細不均衡等現(xiàn)象，而且圖像中大量孤立噪聲的存在，也會使提取字符的難度加大。針對數(shù)字圖書資料修復中存在的這些問題，筆者在傳統(tǒng)二值化處理的基礎上，引用了局部二值化的處理方法，主要是為了對不清晰的數(shù)字圖書資料進行修復，從而實現(xiàn)圖書資料的數(shù)字化。

3模式識別技術(shù)的原理及方法分析

模式識別指的是對表征現(xiàn)象或事物的各種形式的信息進行分析和處理，以達到對現(xiàn)象或事物進行描述、辨認、分類及解釋的一系列過程。

3.1局部二值化的原理

局部二值化就是將大塊圖像分割為若干個小塊圖像，分別對各個小圖像進行二值化，進而形成完整的二值化圖像。講二值化的問題分解為“分割”、“塊副二值化”及“合并”三個步驟來進行，以達到對圖像進行二值化處理的目的。

3.2圖像分塊的確定

在圖像分割時，將圖像分割成正方形和矩形，首先將圖像進行若干正方形的分割，其余的部分也就形成了若干的小矩形，閾值選取方法的普適性與時間開銷是息息相關的。

4數(shù)字圖書資料的修復方法

圖書資料的數(shù)字化過程中，經(jīng)掃描得到的圖像要經(jīng)過圖像預處理、提取圖像中的字符信息、圖像局部的二值化處理等過程，圖像局部的二值化是圖書資料修復過程的關鍵。

4.1圖像預處理

在圖書或檔案數(shù)字化過程中，由于掃描系統(tǒng)（如CCD攝像頭）、光電轉(zhuǎn)換裝置、工作環(huán)境（光）等因素，常常導致圖像不均勻、對比度不足等問題，使圖像的清晰度差、還原度和可視性降低；另外由于光電敏感元件載荷粒子隨機運動所產(chǎn)生的噪聲、傳輸通道的干擾等原因，數(shù)碼化后的灰度圖像含有一定的噪聲，因此，在圖書、檔案圖像二值化前，要對圖像進行預處理。當前主要采取的措施有：灰度變換和平滑濾波?；叶茸儞Q是對圖像像素灰度值進行修正，實現(xiàn)圖像處理后成像均勻，對比度飽和；平滑濾波是在圖像處理中，在平滑圖像中的加性噪聲。

4.2圖像中字符信息的提取

采集系統(tǒng)攝入的是24位的灰度圖像，其有224（16777216）個灰度等級。圖像上的點（x，y）的灰度值設為f（x，y）。對此灰度圖像進行二值化就是將圖像轉(zhuǎn)換為只有兩個等級（黑、白）的二值圖像。依據(jù)圖像區(qū)域的相似性和不連續(xù)性，取圖像灰度平均值為閾值N，二值化處理可表示為：

小的點，其值設置為1。像素的集合為背景區(qū)域；小于或等于此閾值N的像素設置為黑，像素值為1，這樣就得到了只有黑白兩色的二值圖像，將圖書檔案中的字符信息就凸顯了出來。數(shù)字圖書資料的背景色一般為淺色，字符為深色，多數(shù)情況下，紙質(zhì)圖書資料的背景為白色、字符為黑色，因此，采用紙質(zhì)圖書資料的24位位圖，像素點的亮度作為灰度等級值。

通常采用圖像的二值化方法是把整個圖像亮度的平均值N作為閾值。當局部顏色較淺時，字符信息和背景的亮度都大于N，二值化后，這部分的值都為0，全部都將被視為背景上的點，這樣很容易丟失圖書資料中退色的部分信息。為了解決這個問題，文獻提出了圖像全局均值和局部方差方法、文獻提出了小波分析法，在文獻中，先采用開關中值濾波消除噪聲干擾，然后利用迭代算法實現(xiàn)圖像的二值化分割。這些方法都涉及復雜的計算，在此采用局部二值化方法，取閾值為各個塊亮度的均值。

3.3二值化圖像的再處理

圖像局部二值化后，得到了各個小塊圖像的“值點”，這樣避免了因某個小塊由于顏色淡而整體無“值點”的情況，但是同時產(chǎn)生了一個新問題，這樣的二值化圖像中含有較多的噪音，在進行圖像重建之前必須去除。平滑化處理可以去除噪音，在此采用了文獻]的高斯濾波方法進行平滑化處理。圖像重構(gòu)。通過前面的處理，得到完整的原始數(shù)字圖書資料的二值化圖像，可以構(gòu)造出增強字符信息的圖像文件，還原出比原來數(shù)字圖書資料效果好的圖像，便于閱讀和處理的數(shù)字圖書資料，可以構(gòu)造其BMP位圖文件，也可以打印出比原來效果好的紙質(zhì)圖書資料，達到了修復有損數(shù)字圖書資料的目的。模式識別。除了用重建數(shù)字圖書資料的圖像的方法之外，還可以根據(jù)實際問題的需要進行后繼處理，如文獻中，使用模式識別方法分割字符、歸類識別字符、手工修正、重新輸出原圖書資料的內(nèi)容，對表格字符的識別和圖像重構(gòu)可參見文獻。

總結(jié)：模式識別技術(shù)在現(xiàn)代圖書信息和檔案處理中有著廣泛的用途，文章闡述了圖形模式識別技術(shù)在數(shù)字圖書資料修復中的應用情況，即通過對圖書資料進行掃描、二值化和圖像的重建等方法對不清晰的圖形進行自動修復，最終實現(xiàn)數(shù)字圖書資料的數(shù)字化處理。

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