數字圖像修復技術在缺損照片處理中的應用探討

摘 要：隨著我國科學技術的不斷提高，數字圖像修復技術的應用也越來越顯著，其是數字圖像處理中一個很重要的技術手段，可有效地將一些破損圖片、照片、畫作以及電影膠片等元素修復歸位。同時為了滿足當下人們對于圖像和視頻的多元化需求，數字圖像修復技術也在不斷地創新和改進，并在各領域中獲得民眾的一致好評，如：視頻通信、文字檔案、生物醫學、遙感測繪、工業生產等領域，文章主要針對數字圖像修復技術在缺損照片處理中的應用做進一步的探討和分析。

關鍵詞：數字圖像修復技術；缺損照片處理；應用探討

21世紀是一個技術信息的時代，各種數字產品、電子產品的應用也越來越受到人們的歡迎，可以給其日常生活帶來很大的便利。因此數字圖像修復技術也就逐漸突顯出它在各領域中的技術優勢，其可以將一些有劃痕的圖片、移除文字后的缺損區等元素進行有效的填充和修補，使之還原成本來面貌，從而恢復正常使用功能。并能對不同受損程度的照片采取新的修復技術，從而提升數字圖像修復質量，為社會發展和人們多元化的需求做出應盡的貢獻和義務。

1 數字圖像修復技術概述

所謂圖像修復，是指對圖像中信息殘缺的部位進行有效的填充和修補，使之還原成完整面貌的一個補全過程。圖像修復技術起源于歐洲文藝復興時期，在以往應用過程中，其通常對一些因保存不善出現裂痕或縫隙的作品進行完整的修補，修補方式極為單一和滯后，主要是依靠人手工修復來完成，不僅修補周期較長，而且也給工作人員增加了很大的負擔。隨著社會的不斷進步和發展，很多圖像作品也都采用了數字化的處理技術，修復人員只需用電腦將其掃描，然后再利用電腦中事先安裝好的相應程序，對作品進行自動修復，這樣就完成了整個修復過程，既提高了修復效率，又節省了修復時間和人工成本，從而保證了作品的完整性和有效性。現階段，數字圖像修復技術已在大范圍內推廣和使用，也被越來越多的學者和專家們所認同，其不僅適用于靜態圖像的修復，還可以在動態圖像中發揮優勢，目前，我國數字圖像修復技術主要包括兩種技術形式，一種是基于變分PDE模型的數字圖像修復技術，一種是基于紋理合成的數字圖像修復技術，基于紋理結構的數字圖像修復技術。前者可修復一些小尺度破損的數字圖像，其修復原理是根據待修補區域的邊緣信息來確定，沒有任何局限性可同時填補多個不同結構和背景的區域。而對于一些較大面積信息丟失的圖像而言，其處理手段就要采用基于紋理合成的圖像修復技術來實現，這種修復技術又包含圖像分解的紋理合成修復技術和樣本的紋理合成修復技術，其修復原理是先把待修復的圖像根據結構和紋理分成兩部分，然后再把其中屬于結構部分的圖像利用PDE模型處理修補算法來處理，而剩下的紋理部分圖像則采用紋理合成的方法來填充，這樣分割式修復既能從根本上提升圖像修復質量，又可以保持圖像的清晰和完整，從而滿足當下廣大用戶修復的需求[1]。

2 數字圖像修復技術在缺損照片處理中的應用

2.1 小面積破損照片處理中的應用

在現實生活中，有很多照片由于儲存條件極為困難，導致其常常得不到妥善的保管，還有的照片因為受到自然因素或人為因素的影響，致使其表面留下很多折痕或劃痕的印記，嚴重影響照片的鑒賞性。對于這些小面積缺損照片的處理，可以利用變分PDE模型修復技術來實現，這種技術可以彌補以往修復中靠已知信息來推測殘損區域信息的弊端，全面保證圖像修復的準確性和時效性。其是利用各種假設的數學模型，將所要修復的問題轉化成符合受損區域信息標準的能量函數，然后再通過轉換程序將這些能量函數轉化成人們易懂的圖像信息，從而完成整個修復過程。

2.2 大面積破損照片處理中的應用

通常情況下，大面積破損照片的處理都要采用紋理合成圖像修復技術來實現。

2.2.1 紋理合成概述

紋理是計算機圖形學里用來表示物體表面細節的標志，其涵蓋了顏色和幾何兩種特質，因此紋理也常常被人們稱作顏色紋理和幾何紋理。一般情況下，紋理的局部特征是在有限范圍內不斷重復，并由多種紋理單元排列而成，其每個結構的大小和面積都是處在均勻的狀態，隨著計算機技術的廣泛應用，自然界紋理也可以用其來模擬，而整個模擬過程就被稱作是紋理合成。在紋理合成的不斷改進中，其演變成兩種合成方法，即基于過程的紋理合成和基于樣本的紋理合成，其中基于過程的紋理合成是將自然界中存在的各種紋理與相應的數學知識相結合而成的技術方式，它不但可以使紋理結構變得更為緊湊，分辨率不受限制，而且還能擴大紋理圖案的覆蓋區域，使其不受任何因素限制。而基于樣本的紋理合成則是一種新時期發展而來的新的“紋理合成”技術，其是利用數學分析算法的原理對一些小塊的樣本紋理進行分析，并建立相應的數學模型來完成紋理的合成，該合成方法有效地抵消了傳統紋理合成技術中存在的缺陷和不足，從根本上提升了合成技術的質量和效率，并在大范圍內得到有利的推廣和運用，如：圖像編輯、數據壓縮、圖像傳輸、缺損圖像的修復、動畫視頻制作等領域，有著很高的社會價值和應用價值。

2.2.2 基于圖像分解的紋理合成修復方法

應用圖像分解的紋理合成修復方法，首先就要對受損圖像進行合理的分解，將其分成結構和紋理兩大部分，然后再分別對各部分圖像進行處理，待兩部分圖像處理結果完畢后，還要使其相互重疊，從而形成一副修復完整的圖像。在修復過程中，對于結構部分的圖像，最好采用基于偏微分方程的修復方法，而紋理部分圖像的修復，就盡量采用紋理合成的修復方式來進行，這樣分門別類的采取修復，可以進一步完善修復效果，使其完整度和美觀度都能得到很好的提升。但由于結構修復和紋理修復的過程存在差異，兩者在重疊的時候，極容易發生圖像模糊的現象，所以該方法比較適用于那些破損面積比較大的圖像[2]。

2.2.3 基于樣本的紋理合成修復方法

在應用基于樣本的紋理合成修復技術時，要先根據用戶所提供的紋理樣本，合成一幅新的紋理圖像，并使兩者的視覺效果達到一致。同時基于缺損圖像修補的實質，還要將基于樣本的紋理合成技術引入到缺損圖像修復中來，使其缺損區域的紋理和結構可以保持一定的連貫性和完整性。另外還要利用數字圖像修復算法，將圖像缺損區域邊界線上各點的模板塊的優先權計算出來，并選出最具優先權的模板作為缺損區域邊界處的修復基準。其次還要根據缺損區域周圍的已知信息，搜索出與基準模板塊相似度最大的缺損圖像塊，并將搜索到的圖像塊信息與基準模板相互重疊，使其達到一致和統一，才能完成整個基準塊信息的修復過程。此外在修復完畢后，還要將圖像缺損區域邊界進行有效的修復，直到破損區域完全恢復到原貌為止[3]。

3 結束語

綜上所述，隨著我國信息技術的飛速發展，各個領域在數字化電子產品的應用上也取得了十分顯著的成績，其給人們的日常生產生活都帶來很大的影響。相對數字圖像修復技術的應用也就顯得尤為重要，因為其可以修復一些因各種因素所導致的破損圖片、照片、畫作和電影膠片的修復，并且還能修復一些古文物，在影視特技制作、圖像的傳輸與壓縮、圖像的縮小與放大等領域中也有著不可估量的作用，為人們生活所需和社會所需帶來很大的貢獻。

參考文獻

[1]李睿.數字圖像修復新方法的研究與應用[D].山東理工大學，2015（11）：12-14.

[2]王美紅.數字圖像修復算法的研究[D].西安建筑科技大學，2016（2）：32-33.

[3]陳桂玉.圖像缺損信息的修復方法和研究[J].2016（1）：55-56.

作者簡介：丁豐，碩士研究生，單位：廣東科技學院計算機系，研究方向：數字圖像處理。