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古墓葬壁画是中国传统壁画的重要组成部分,因数千年来受到自然、人为等原因的破坏,故出土时往往存在裂缝、脱落和褪色等病害现象。为恢复原貌,现阶段主要通过人工揭取后手动描绘的方式进行修复,不仅极大依赖技术人员的个体经验,而且费时费力。计算机辅助古墓葬壁画修复结果可为人工修复提供参考,从而提高效率减少二次损伤,故尤为重要。因此,本文以山西博物院采集获取的古墓葬壁画图像为研究对象,根据病害种类分类进行研究,主要工作如下:(1)针对古墓葬壁画中复杂形态的裂缝,提出基于样本块修复算法和改进的BSCB(Bertalmio-Sapiro-Caselles-Bellester,BSCB)模型相结合的虚拟修复方法。首先,直方图增强后用最大类间方差法(Otsu)获取裂缝;其次,结合使用连通域标记算法与开、闭运算分离裂缝;再采用改进的BSCB模型对所有裂缝进行修补;然后用基于样本块图像修复算法消除扩散修复痕迹;最后利用色彩迁移恢复前景色彩,获得裂缝最终修复结果。(2)针对古墓葬壁画中复杂形态的脱落,提出基于结构连续块和多尺度变换相结合的修复方法。首先,直方图增强后利用阈值分割获取脱落,结合连通域标记和闭运算使脱落区域像素连续,再结合少量人机交互得到脱落区域并确定脱落边界;其次,通过下降置信度项、匹配置信度项、数据项和梯度项确定边界点优先权;再次,利用待修复块与匹配块间像素差异和结构差异全局搜索得到最佳匹配块以替换待修复块;然后,更新新补点置信度项,重确定缺损边界直至为空,得到粗修复结果,并转换到HSV色彩空间;最后,采用非下采样轮廓波变换(Nonsubsampled Contourlet Transform,NSCT)分解V分量,低频信息用抑制数据项方法修复后与其高频信息逆变换,其结果与H、S分量合成并转换到RGB色彩空间,得到脱落最终修复结果。(3)设计并实现了毁损古墓葬壁画虚拟修复系统。该修复系统采用Matlab中图像用户界面(Graphical User Interface,GUI)设计开发,分为裂缝虚拟修复和脱落虚拟修复两大模块。裂缝虚拟修复模块主要包括裂缝提取、改进的BSCB模型修补裂缝、样本块修复算法消除修补痕迹和前景色彩恢复等功能;脱落虚拟修复模块主要包括结合少量人机交互提取脱落,改进的Criminisi算法粗修复,HSV变换,抑制数据项修复和RGB变换等功能。