融合全局信息及局部配准的古籍图像拼接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种融合全局信息及局部配准的古籍图像拼接方法。
【背景技术】
[0002] 中国有5000多万册古文书，非接触式扫描能够最大程度减轻古籍或其他珍贵文 书在电子化过程中的损害，是古文书数字化的首选方案。由于古籍纸张质量或者长时间保 存的问题，造成书面翘曲及褶皱等，导致非接触式扫描时分别扫描的两幅子图像内容结构 出现形变，且不同区域形变差别较大，甚至出现错位及偏移等，这将对拼接为完整图像的过 程造成很大困难。
[0003] 为了解决这个问题，现已提出很多对图像进行拼接的方法。目前来说，这些方法大 致可分为两类：基于全局信息的拼接和基于局部信息的拼接。如V.Kwatra等使用图像的全 局纹理信息，利用最小化两幅子图像的纹理差异来选择最优拼缝，C.V.Veena等考虑到图像 全局的摄影连续性及几何错位，通过寻找使全局的不连续性最小以及几何错位最小的位置 来估计最优拼缝。这种方法通常估计一条最优拼缝，通过将两幅子图像沿拼缝两边的对应 部分拼接起来形成完整图像。这种方法考虑到图像内容的连续性，在刚性图像的拼接中效 果很好。然而在图像具有局部变形的情况下，常常无法估计到最优拼缝，从而无法达到正确 拼接。而基于局部信息的拼接方法，如J.Jia等基于局部结构特征连续性，在两幅子图像上 构建局部特征对应，在每张图上建立最优拼缝，然后通过变换传播将两幅子图像的对应部 分拼接起来。另外，Fan等使用动态规划得到第一幅图像上的最优拼缝，继而在第二幅图像 上找到与之匹配的最优拼缝，然后将两幅子图像沿拼缝拼接起来形成完整图像。这类方法 考虑到图像局部信息的对应，在图像局部细节保持方面具有较好效果。但这类方法对局部 纹理相似，或局部纹理稀疏的条件下，无法有效提取特征，从而无法完成正确拼接。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种融合全局信息及局部配准的古籍图像拼接方法，有效的 解决局部有效信息稀疏或缺失条件下的全局最优拼缝估计，以及局部无法实现理想拼接时 的局部最优拼缝校正，从而达到古籍图像的无缝拼接，可用于解决古籍图像的数字化问题。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] -种融合全局信息及局部配准的古籍图像拼接方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、采集两幅子图像，建立多阶的子图像间纹理差异模型，通过全局优化得到 全局最优拼缝；
[0008] 步骤2、建立内容重合度判别函数：利用最优拼缝在局部区域的纹理差异权重和 以及图像间局部内容的相似度作为内容重合度判别度量，形成最终的内容重合度判别函 数；
[0009] 步骤3、基于步骤2所得内容重合度判别函数，在不同区域进行基于全局或局部 的拼接；具体为，基于全局的拼接仅将子图像处于拼缝两边的图像内容拼接起来，而基于局 部的拼接则需计算扩展的两条拼缝；然后将子图像位于各自拼缝两边的内容变换后拼接起 来。
[0010] 进一步地，步骤1中，构建多阶的子图像间纹理差异模型，其中图模型的节点数目 设定为图像的像素点数目，排布与图像像素排布一致，而边设定为两幅图像间的像素及邻 近像素的多阶颜色差异。
[0011] 进一步地，多阶颜色差异定义如下：
[0012] F (A, B) = | | A (s；) -B (s〇) | | +1 | A (t；) -B (t〇) | |, i e {-k,. . . 0,. . . , k}, k e N (1)
[0013] 其中A和B分别代表两幅子图像，S。为当前像素的位置，t。为邻近像素的位置，k 表示某个自然数，i表示与当前像素偏离位移，如果i为〇则表示仅计算两幅子图像相同位 置的像素颜色差异，而i取负则表示取A图当前位置的上方i个像素与B图当前位置相比， 反之亦然。
[0014] 进一步地，步骤2中，利用步骤1的最优拼缝在局部区域的纹理差异权重和以及图 像间局部内容的相似度作为内容重合度判别度量，形成最终的内容重合度判别函数
[0015] 进一步地，结合两种度量形成最终的内容重合度判别函数为：
[0016] fc=λi·Σw+λ2 ·S(Ac，Bc) (2)
[0017] 其中c指的是当前局部窗口，w为上一步骤中建立的图模型在局部窗口内的一条 边权重，Σw为当前局部窗口内的边的权重之和，A。与B。分别表示两幅子图像的局部窗口， S(4，BJ表示二者图像内容的相似度，λ^Ρλ2表示不同项的权重系数。
[0018] 进一步地，步骤3中，基于步骤2所得内容重合度判别函数，在内容重合度小于选 定的阈值时，将两幅子图像处于拼缝两边的图像内容拼接起来；而在内容重合度大于选定 的阈值时，在第二幅子图像上，寻找与第一条拼缝对应的第二条拼缝；当扩展的两条拼缝计 算完成后，将子图像位于各自拼缝两边的内容变换后拼接起来。
[0019] 进一步地，基于全局的拼接仅将子图像处于拼缝两边的图像内容拼接起来，具体 为：
[0020] 设最优拼缝为Si，设区域Ρ为包含Si局部的图像小窗口，则在Ρ区域内，如果两幅 子图像的图像内容重合度大于某个选定的阈值，则可直接将两幅子图像位于拼缝两边的图 像内容拼接起来，实现当前局部区域内的图像拼接：
[0022] 其中，為表示在Si上侧的A图像，馬s2:表示在S2上侧的B图像，I表示最终拼接 出的图像。
[0023]进一步地，基于局部的拼接则计算扩展的两条拼缝，具体为：当内容重合度小于选 定的阈值时，则在第二幅子图像上，寻找与第一条拼缝Si对应的第二条拼缝S2，使之与51在 内容上一致；将位于A在第一条拼缝Si外侧的图像部分经坐标变换，使之与B在第二条拼 缝S2外侧的图像部分相交，即可完成当前局部区域内的图像拼接。
[0025]其中，4、表示经T变换后的、图像，，I意义同式（3);
[0026] 按基于全局的拼接、基于局部的拼接的上述两步骤遍历完最优拼缝，即可完成整 体图像拼接。
[0027] 进一步地，在第二幅子图像上，寻找与第一条拼缝S2对应的第二条拼缝S2，具体 为：通过提取窗口内的特征进行匹配，得到第一幅子图像与第二幅子图像在区域P内的变 换关系，利用此变换关系，找到与第一条拼缝Si对应的第二条拼缝S2。
[0028] 该种融合全局信息及局部配准的古籍图像拼接方法，采集两幅子图像，建立多阶 的子图像间纹理差异模型，通过全局优化得到全局最优拼缝，则当前拼缝即为使二者内容 最为相近，也即重合度最高的最优拼缝。然后，建立内容重合度判别函数：最优拼缝在局部 区域的纹理差异权重和是图像间局部相似程度的一种度量，同时利用了图像间局部内容的 相似度作为另一种度量，结合两种度量形成最终的内容重合度判别函数。最后，基于上述 内容重合度判别函数，在不同区域进行基于全局或局部的拼接。具体来讲，基于全局的拼接 仅将子图像处于拼缝两边的图像内容拼接起来，而基于局部的拼接则需计算扩展的两条拼 缝，然后将子图像位于各自拼缝两边的内容变换后拼接起来。
[0029] 本发明的有益效果是：该种融合全局信息及局部配准的古籍图像拼接方法，有效 结合了全局信息及局部对准，可在图像具有局部变形条件下实现无缝拼接。本发明建立了 子图像间纹理差异模型，通过全局优化得到全局最优拼缝。然后利用局部区域的纹理差异 权重和图像间局部内容相似度建立图像内容重合度判别函数，利用上述内容重合度判别函 数，