藍印花布數字紋樣歸一化編碼的構建與研究

于 翔，沈 美

（南通科技職業學院，江蘇 南通 226007）

目前，利用數字技術將文字、音頻、視頻等信息集為一體，通過網絡實現高效傳播，實現對非遺的傳承與保護，具有傳統保護方法無法比擬的優勢，即高互動性、高時效性、內容豐富性、傳播途徑多樣性等。因此，通過非物質文化遺產數字化，實現數字化保護方法替代傳統保護方法，無疑是非物質文化遺產傳承與保護新的重要途徑之一。然而，隨著數字化技術的發展，新的技術在非遺保護與傳承上發揮的作用也會有所不同，也會對非遺數字化的概念與內涵產生影響[1]。且非遺數字化，尤其是傳統手工藝數字化的重點工作，應當是實現并傳播文化內涵[2]。對于這些問題，利用近年來快速發展的人工智能、機器學習等新技術，結合藝術、人文等其他學科，是解決該問題的重要方向。例如有些學者利用機器學習對民族文化圖案進行語義標注[3]，還有的利用深度學習對少數民族繪畫進行情感分析[4]等。然而，數據的有效性是深度神經網絡成功運行的關鍵[5]，數據歸一化編碼，尤其是大規模數據的歸一化編碼，一直是制約人工智能、機器學習在非遺上應用的重要因素。

本研究以我國非遺之一的南通藍印花布為例，通過從網絡收集、手工采集藍印花布紋樣照片，包括植物、人物、動物、傳統紋樣、基礎元素紋樣等多種主題，針對每一個紋樣，總結歸納出基礎底色、結構規則、位置規則以及內容等四大屬性，并為這些屬性歸一化編碼，為今后的深度學習奠定基礎。

1 南通藍印花布紋樣分析

圖像的識別與檢測是機器視覺中很重要的一個分支。目前，這方面的研究與應用主要集中在人臉、文字等公共領域方面。對于非遺中的個例—南通藍印花布紋樣，尤其是針對南通藍印花布紋樣的收集、整理，仍處于空白階段。因此，在實地調研的基礎上收集一手資料，通過對藍印花布的紋樣和素材進行數字化采集、數字化處理，并對紋樣進行分類、分析、整理以及拆分、提取，歸一化后建立紋樣數據編碼。

研究對象：通過尼康數碼相機5100進行數字化采集，包括拍照與攝影。拍照的圖像格式為JPEG格式，像素為1 800萬，分辨率約為1 790萬像素（5 184×3 456）。數據通過數據線或者讀卡器導入計算機，高質量的圖片方便后期數字化處理。

根據大量的分析與研究，南通藍印花布分為白底藍花以及藍底白花兩大類。根據南通藍印花布紋樣的構圖規則，分成對稱、重復、發散和環繞4種結構。每個紋樣分為主體、外框、裝飾三大屬性以及植物、動物、人物以及基礎元素、傳統元素等子屬性。因此，分別從色彩、題材、組織形式以及相對位置4個維度對南通藍印花布紋樣進行歸納與總結。

1.1 色彩

南通藍印花布在色彩上僅用單純的藍、白二色創設和諧之美，包括藍底白花和白底藍花兩種形式[6]，如圖1、表1所示。

圖1 藍底白花與白底藍花的藍印花布紋樣

表1 色彩對比

1.2 題材

藍印花布的印染技藝作為一種民間藝術形式，通過植物、動物、人物以及其他題材[6]來表現獨具魅力的紋樣。其中，其他題材又可細分為基礎元素和傳統元素兩種題材[7]（表2）。

表2 題材

1.3 組織形式

南通藍印花布多變又有個性的紋樣組織形式，也是南通藍印花布的藝術特色之一。除此之外，還有用單純的藍白相間和活潑靈動的點、線鏤刻的不規則的紋樣，主要包括對稱、重復、發散、環繞4種形式[6]（表3）。

表3 組織形式

1.4 相對位置

大量的研究表明，南通藍印花布紋樣的相對位置可分為主體、裝飾以及外框三大類（表4）。

表4 相對位置

2 南通藍印花布數字化紋樣的歸一化編碼的構建

2.1 One-Hot編碼

One-Hot編碼，又稱為一位有效編碼，主要是采用N位狀態寄存器來對N個狀態進行編碼，每個狀態都由獨立的寄存器位，并且在任意時候只有一位有效。One-Hot編碼是分類變量作為二進制向量的表示。

眾所周知，算法是基于向量空間中的度量來進行計算的，尤其是在回歸、分類、聚類等機器學習算法中，特征之間距離的計算或相似度的計算是非常重要的，而常用的距離或相似度的計算都是在歐式空間[8]。使用One-Hot編碼，將離散特征通過One-Hot編碼映射到歐式空間，使非偏序關系的特征取值不具有偏序性，使特征之間的距離計算更加合理，并且到圓點是等距的；離散特征的某個取值就對應歐式空間的某個點；編碼后的特征，每一維度的特征都可以看作是連續的特征，就可以和對連續型特征的歸一化方法一樣，對每一維特征進行歸一化。比如歸一化到[-1，1]或歸一化到均值為0，方差為1。

2.2 獨熱編碼優缺點

2.2.1 優點

獨熱編碼解決了分類器不好處理屬性數據的問題，在一定程度上也起到了擴充特征的作用。其值只有0和1，不同的類型存儲在垂直的空間。

2.2.2 缺點

當類別的數量很多時，特征空間會變得非常大。在這種情況下，一般可以用PCA來減少維度。且One-Hot encoding+PCA組合在實際中也非常有用。

2.3 南通藍印花布數字化紋樣的歸一化編碼的方法

采用One-Hot編碼來對南通藍印花布數字化紋樣進行編碼，南通藍印花布數字化紋樣的歸一化編碼的應用如圖2所示。

圖2 歸一化編碼應用

3 結語

大量的實踐表明，在藍印花布的發展過程中，藍印花布紋樣數量、種類不同，導致分布密度不同，而且是隨機變化的。對藍印花布數字化紋樣進行歸一化編碼處理后，有效地調整了藍印花布紋樣數量分布的密度，不僅在時間效率上有顯著提高，在準確性方面也取得了突破性的進展。