圖像灰度分析技術(shù)應(yīng)用

薛永亮

摘 要：青花瓷紋樣因其單色的表現(xiàn)形式，紋樣是通過(guò)顏料的濃淡變化進(jìn)行控制的。人類(lèi)約3/4的感光細(xì)胞是色盲的，因此，相比于色彩，人眼對(duì)于灰度變化更敏感，青花瓷紋樣顏料的濃淡變化本質(zhì)上是灰度變化，使用灰度變化來(lái)營(yíng)造畫(huà)面。不同時(shí)期的青花瓷紋樣灰度變化受時(shí)代影響而發(fā)生改變，因此，以現(xiàn)代圖像分析技術(shù)為手段，以古代和現(xiàn)代青花瓷紋樣作為比較對(duì)象，對(duì)紋樣的邊緣線進(jìn)行灰度檢測(cè)，分析古代和現(xiàn)代青花瓷紋樣灰度變化特征。

關(guān)鍵詞：圖像灰度分析；明清青花瓷；現(xiàn)代青花瓷；紋樣；灰度檢測(cè)

1前言

本研究中古代青花瓷紋樣和現(xiàn)代青花瓷紋樣的圖像分別來(lái)自于中國(guó)故宮博物院官網(wǎng)和中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)資料當(dāng)中。本研究共有12個(gè)研究樣本，明清時(shí)代六個(gè)樣本，現(xiàn)代六個(gè)樣本，樣本數(shù)量不多，因此只對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。由于古代陶瓷有些樣品器型是瓶或者罐的原因，其上面的紋樣如果全部截取會(huì)發(fā)生形變，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，本研究只對(duì)青花瓷紋樣的平整部分，并且是光源穩(wěn)定部分截取研究，因此主要對(duì)紋樣當(dāng)中的主體部分進(jìn)行測(cè)量，包括鳥(niǎo)類(lèi)、人物、山體和山石。古代紋樣：青花枇杷綬帶鳥(niǎo)紋大盤(pán)（鳥(niǎo)紋樣）、青花花鳥(niǎo)紋梅瓶（鳥(niǎo)紋樣）、青花嬰戲圖圓盒（人物紋樣）、青花人物圖長(zhǎng)方瓷板（人物/山水紋樣）、青花山水人物圖蓋罐（山水紋樣）?，F(xiàn)代紋樣：叢林暢想（鳥(niǎo)紋樣）、碩果累累（鳥(niǎo)紋樣）、稚趣（人物紋樣）、童子下棋圖（人物紋樣）、云居（山水紋樣）、青花山水（山水紋樣）。

2圖像灰度分析

在繪畫(huà)中，區(qū)分不同主體間的方式主要有兩種形式，一是通過(guò)對(duì)主體施加明顯的邊緣線來(lái)突出，在圖像中表現(xiàn)是，主體的邊緣線灰度更低，邊緣線以實(shí)線的形式區(qū)分主體。二是通過(guò)較大的灰度對(duì)比區(qū)分兩個(gè)主體，邊緣的灰度和主體灰度接近一致，這種方式?jīng)]有明顯的實(shí)線存在。兩種方式都有劃分區(qū)域的功能，代表了主體的邊界[1]。邊緣線上測(cè)得數(shù)值點(diǎn)的多少代表了邊緣線的連續(xù)性強(qiáng)弱，通過(guò)測(cè)量邊緣線各個(gè)數(shù)值點(diǎn)之間的距離將會(huì)得出強(qiáng)弱的分析，數(shù)值點(diǎn)距離越小代表邊緣線連續(xù)性越強(qiáng)，線條越明顯，數(shù)值點(diǎn)距離越大代表邊緣線連續(xù)性越弱，線條越模糊。

本部分將對(duì)紋樣當(dāng)中邊緣線的處理方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試的結(jié)果分為兩種情況：

第一，在ImageJ軟件中，通過(guò)施加Find Maxima指令，可以分析出區(qū)域內(nèi)各個(gè)像素塊之間差異極值點(diǎn)，測(cè)試圖像1中以紅點(diǎn)顯示了在區(qū)域內(nèi)各個(gè)像素塊灰度極值點(diǎn)，表示該點(diǎn)與其他像素塊之間對(duì)比，比其他各個(gè)像素塊之間的灰度對(duì)比差異最大。此方法將沿用到紋樣邊緣線查找分析中，在紋樣中如果邊緣線有明顯的加深處理將會(huì)被檢測(cè)出來(lái)，這表示紋樣的邊緣線處于兩個(gè)不同灰度區(qū)域的交叉處，獨(dú)立存在，形成了獨(dú)立的灰度區(qū)域，如測(cè)試圖像2，根據(jù)右側(cè)的校準(zhǔn)條（calibration bar）可以看到圖像中被標(biāo)記的紅點(diǎn)位置處灰度值很低，以灰度較低的邊緣線的形式存在，因此，如果紋樣當(dāng)中存在被加深的邊緣線將會(huì)被識(shí)別出來(lái)。

第二，如果紋樣劃分區(qū)域不使用邊緣線加深的處理的方式，軟件將不能分析邊緣附近的最大值，這是因?yàn)檫吘墐蓚?cè)的區(qū)域灰度差異數(shù)值趨同，如測(cè)試圖像3，分析功能沒(méi)有分析出該區(qū)域內(nèi)最大的灰度對(duì)比數(shù)值點(diǎn)。因此，此種結(jié)果代表了紋樣的邊緣沒(méi)有經(jīng)過(guò)明顯的加深處理，是研究紋樣邊緣的重要檢測(cè)手段。

這兩種不同的分析結(jié)果將對(duì)紋樣的邊緣做出解釋?zhuān)钥茖W(xué)的測(cè)量形式，證明明清和現(xiàn)代青花瓷紋樣在邊緣上處理方式的區(qū)別。本部分研究將對(duì)紋樣的邊緣處進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的部位包括明清和現(xiàn)代紋樣中，鳥(niǎo)類(lèi)的頭部、身體部分；人物的頭部、身體部分；遠(yuǎn)處的山脈和近處的山石部分，主要對(duì)這些部分較長(zhǎng)的邊緣進(jìn)行分析。由于青花顏料和釉是液體的原因，在繪畫(huà)和燒制的過(guò)程中必然會(huì)有流動(dòng)的現(xiàn)象存在，這也因此對(duì)紋樣邊緣線部位造成暈散影響，因此為了避免這種未知因素影響，在軟件中將通過(guò)BRGBCMYW LUT模式進(jìn)行邊緣分析。BRGBCMYW LUT模式下，紋樣的灰度數(shù)值將會(huì)被以區(qū)間的方式概括，從低到高以黑、紅、綠、藍(lán)、青、紫、黃、白8種色彩顯示，如測(cè)試圖像4顯示，在這種模式下可以輕松分辨紋樣的邊緣位置[2]。

3紋樣邊緣線圖像灰度分析過(guò)程

表1為具體過(guò)程，使用segmented line工具在紋樣邊緣處擴(kuò)選，寬度數(shù)值15，選取區(qū)域包含了邊緣本身及其兩側(cè)的區(qū)域（過(guò)程1），之后進(jìn)行find maxima指令測(cè)量最大灰度數(shù)值點(diǎn)。如果紋樣邊緣線區(qū)域包含沒(méi)有青花紋樣的白底釉面，將加以Light background指令，這樣在查找紋樣當(dāng)中的最大數(shù)值點(diǎn)時(shí)將不會(huì)在白底釉面當(dāng)中尋找，只在具有明顯灰度區(qū)域內(nèi)查找最大像素點(diǎn)。經(jīng)過(guò)邊緣查找后各個(gè)最大數(shù)值點(diǎn)顯示在紋樣圖像中（過(guò)程2），通過(guò)分析各個(gè)點(diǎn)之間的距離就可得出邊緣線的連續(xù)性強(qiáng)度。具體步驟是，通過(guò)軟件中的single point指令將之前分析出的數(shù)值點(diǎn)導(dǎo)出為黑白圖像（過(guò)程3），圖像中黑點(diǎn)的灰度是0，白色部分灰度是255，經(jīng)過(guò)plot profile指令將以圖表的形式顯示（過(guò)程4），圖表的橫坐標(biāo)代表數(shù)值點(diǎn)的距離，縱坐標(biāo)代表數(shù)值點(diǎn)的灰度。在圖表中每個(gè)數(shù)值點(diǎn)的灰度都是255，因此頂點(diǎn)處即為數(shù)值點(diǎn)的位置，用straight line工具從左到右連接這些頂點(diǎn)形成封閉區(qū)域，使用wand（tracing）tool工具對(duì)每一段區(qū)域進(jìn)行Bounding rectangle測(cè)量，得到每個(gè)點(diǎn)之間的距離，距離以width顯示（過(guò)程5）。計(jì)算各個(gè)點(diǎn)之間的距離平均值，取整數(shù)（過(guò)程6），平均值越小代表邊緣線連續(xù)性越強(qiáng)，越明顯，平均值越大代表邊緣線連續(xù)性越弱，越模糊。產(chǎn)生的平均值將以圖表的形式顯示[3]。

4圖像灰度數(shù)值分析與圖像灰度結(jié)果比較

4.1圖像灰度數(shù)值分析

（1）表1《碩果累累》鳥(niǎo)類(lèi)紋樣中，分析出的兩個(gè)最大數(shù)值點(diǎn)不在邊緣處，因此采樣點(diǎn)不能分析出結(jié)果；《云居》山水紋樣中，只獲得了一個(gè)數(shù)值點(diǎn)，也不能分析出結(jié)果。原因是兩者紋樣的分析區(qū)域中，邊緣線加重痕跡不明顯，代表二者不是通過(guò)加深邊緣線的方式劃分區(qū)域。