基于樣本的數字圖像修復技術研究

扎西頓珠 仁青諾布

摘 要：數字圖像修復一般是利用計算機技術對圖像所丟失的信息或者丟失信息的區域進行修復或者填充。文章從圖像修復的技術原理以及特征兩個方面概述了它的含義，并論述了基于樣本的數字圖像修復技術應用的重要性，最后對基于樣本的數字圖像修復技術進行了深入的分析。

關鍵詞：樣本；數字圖像；圖像修復技術

1 圖像修復技術概述

1.1 技術原理

圖像修復技術屬于半自動圖像智能處理技術，并且它是當前計算機圖形學科技術中的一個研究熱點。圖像修復在一定程度上，是利用計算機技術對圖片當中出現的污點以及劃痕等進行修復，使經過修復后的圖片能夠在一定程度上，不被人眼察覺的一種圖像處理技術。當下，現有的圖像處理軟件，在一般情況下均能對圖片進行后期處理，例如，Photoshop、光影魔術手等圖像修復軟件。

1.2 特征

圖像修復技術在當前計算機圖像學科中已被廣泛應用，這種修復技術對文物保護、廣播電視后期特效，以及想要表現虛擬現實，具有十分重要的作用。一般情況下，圖像修復在一定程度上會受到很多因素的影響，使其局部信息出現損傷。例如：在某種條件下，為了某種特殊要求而利用圖像修復技術，將完整的圖片或者圖像中的信息移動到另外的地方，又如：某些圖片或者圖像在數字媒體技術下，進行獲取、處理、壓縮，在這個過程中由于信息丟失，最終導致圖像所留下的信息出現缺損區域等。由此可見，為了保證圖像信息的完整性，這就需要圖像修復技術在一定基礎上為圖像重新掃描、處理，從而使圖像恢復完整性[1]。

2 基于樣本的數字圖像修復技術應用的重要性

首先，它是對靜態圖像的裂痕以及污點進行修復。數字圖像修復技術，在一定基礎上對污點以及有損傷的圖像進行清理，從而利用數字化技術對這些污點圖像進行整合，最后呈現給人們一個視覺“完整”并且合理的圖像。當下在我國印刷行業，對于一些破損的老照片或者有劃痕的照片均可以利用這種技術進行簡單的修復。

其次，數字圖像修復也是動態影像修復。如今，我國計算機技術的發展越來越迅猛，因此圖像修復技術，不僅能對一些靜態的圖片進行簡單修復，而且這種技術在我國乃至全世界的影視行業也應用廣泛。例如：這種技術可以在一定基礎上對制作好的影視進行修復。

最后，圖像修復技術在其他的一些領域也被廣泛使用，例如：攝影領域，在攝影中，人們可以利用這種技術對照片中的“紅眼”現象進行處理，除此之外，在一定基礎上我們還可以利用數字圖像技術，生成自己所要的特殊藝術效果圖像，總而言之，這種修復技術已經涉及到多個領域，并且在不同領域中的應用均得到了很好的發展[2]。

3 基于樣本的數字圖像修復技術

3.1 基于樣本的快速圖像修復算法

Criminisi提出了基于樣本塊的圖像修復的快速算法，其算法具體步驟如下：

3.1.1 計算修復區的優先權

設輸入圖像已知區域H，待修補區域K，邊界為N，如圖1所示。p為破損區域邊緣上點，對于給定中心在p點的修復塊Jp，優先權P（p）定義如下：P（p）=C（p）D（p）。優先權P（p）的值綜合反映了待修復塊的置信度和結構強弱，由此來決定圖像修復順序。其中置信度C（p）衡量p處信息可靠程度；數據項D（p）反映目標結構信息的強弱，分別定義如下：

3.1.2 搜索最佳的匹配塊并填充

計算K上所有點的優先級，得到優先權最高的待修補塊Jp，然后在已知區域中找與Jp最為相似的樣本塊Jq，即滿足Jq=argm in（d（Jp，J′q）），其中d（Jp，J′q）表示Jp和Jq的相似度，定義為d（Jp，J'q）=，將其值拷貝到待修復塊，從而完成一次修復。

3.1.3 更新置信度

當Jp中未知區域填充完后，更新Jp內像素點的置信度。

3.2 基于局部平均灰度的快速圖像修復方法

一般情況下，在進行精確的SSD匹配之前，先用平均灰度值對其進行篩選并在一定基礎上淘汰一部分灰度差異較大的匹配模塊，這樣一來便可以有效的提升圖像修復和算法的效率。如圖2所示，考慮到待修復塊只包含了部分的已知像素（圖中白色背景部分），為使匹配更加精確，引入二級匹配項——局部平均灰度值（LAGV）。

設平均灰度值閾值為Tagv，局部平均灰度值閾值為Tlagv，其算法的主要步驟為：

3.2.1 提取用戶選定的待修復區域Ω的邊界SΩ

（1）預計算AGVq，LAGVq，？坌q∈Φ。

（2）將所有候選塊q按照AVGq值從小到大排列成有序鏈表L。

3.2.2重復下述步驟直到結束：（t為迭代變量）

（1）if SΩ=？覫，exit。

（2）根據P（p）=C（p）·D（p）計算優先級P（p），p∈sΩ。

（3）找到優先級最大的待修復塊Ψp。

（4）在背景區域中搜索最優匹配塊Ψp，使用平均灰度值閾值Tagv篩選候選塊；使用局部平均灰度值閾Tlagv篩選候選塊。

4 結束語

總而言之，圖像已經成為人們獲取信息的重要途徑和重要方式，因此在近幾年來，圖像修復這一技術在各個媒體行業不僅廣受歡迎，而且在一定程度上還受到更多數字媒體對其的關注，在日常生活中，圖像信息的不完整是一種普遍現象，因此這就需要我們對受損的圖片進行處理和填充。例如，利用圖像修復技術可以有效清除圖像上的污點和劃痕，因此對圖像修復技術的研究與推廣是當前研究人員以及推廣人員首要的做的一件事情。

參考文獻

[1]張晴.基于樣本的數字圖像修復技術研究[D].華東理工大學，2012.

[2]楊秀紅.基于結構張量的數字圖像修復技術研究[D].西安電子科技大學，2014.

[3]彭坤楊，董蘭芳.一種基于圖像平均灰度值的快速圖像修復算法[J].中國圖象圖形學報，2010.