大幅面古画高保真数字获取关键技术研究

【摘要】：文化遗产具有重要的历史、科学与艺术价值,但由于老化、散落分布等原因,在保护和研究工作中都存在困难。文化遗产的数字化采集结果可以永久保存,是对现有保护技术的一种扩展和有益补充,并可以通过网络信息共享促进文化遗产的研究工作。基于上述目标,数字采集的文化遗存结果须忠实反映原件特征,满足细节清晰,形状准确,色彩保真等要求。 本文工作以大幅面古画数字化采集为应用背景,定位于实现高保真的数字获取技术,提出了涵盖拍摄、校正和拼接等各个环节的一整套的解决方法,主要包括了如下的内容： 1)古画获取相关设备和技术综述 首先,对现有古画高精度获取设备和方法进行了综述,指出了现有方法在技术架构上的局限性,并对ISO 12233和MTF等照片清晰度描述方法的不足进行了分析。接着,对几何和色彩失真校正技术及其他相近领域工作进行了综述。最后,对数字图像拼接技术作出了综述,其中特别指出,目前的图像拼接算法都可以概括为基于估计仿射变换系数。 2)古画作品高保真数字采集技术 首先提出本文中高保真的含义,然后阐述了其中所涉及的几何高保真技术,色彩高保真技术以及细节高保真技术,利用这些技术可以使得拼接前的照片已经达到最佳,高保真地反映古画作品的原貌细节。 3)古画数字采集清晰度的定量分析 首先对古画的各种对焦方式的精度进行了分析和比较。然后,综合考虑了对焦、光圈以及景深的因素,提出了古画获取的理论清晰度上限的公式,避免了盲目追求高分辨率所带来的计算和存储资源的巨大浪费问题,并提出一个理论最佳光圈的计算方法。最后,由于理论最佳光圈并不能完全代表镜头本身的实际成像,又提出一套基于像散测定的古画清晰区域的判定方法,并由此确定任何一个镜头和机身结合后的实际最佳光圈。 4)古画数字图像配准技术分析与改进 由于现有图像拼接算法都是基于估计仿射变换系数的,首先从数学上证明了其对于平整古画数字图像配准的正确性。然后提出一个对于不平整古画仿射变换的误差公式,表明了仿射变换误差与分辨率和不平整程度成正比,与焦距成反比。在使用常规镜头对近似平面物体进行高分辨率获取时,基于仿射变换的拼接方法会存在较大误差,必须先把这种误差消除。由此,在最后提出了一种算法,利用三维扫描所获得的深度信息来消除这种误差,算法包括了基于最小二乘法的最佳重投影平面拟合、重投影坐标系与世界坐标系的对应关系的计算以及不平整表面图像的仿射变换误差的纠正等环节。 最后,基于前面研究的技术开发实现了古画获取与存储系统(PASS),并在古画数字化存档领域对上述技术进行了验证应用。从敦煌以及其他著名书画的高保真获取结果来看,本文的研究成果有效解决了大幅面珍贵古画高保真数字获取问题。

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP391.41