[发明专利]一种基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种壁画底稿信息提取方法，尤其涉及一种基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法。

背景技术

壁画是附着于古代建筑物上的彩色绘画，主要用于装饰建筑物，是反映古代人类社会生活、宗教信仰和艺术审美等历史文化的重要物质载体。壁画从不同的角度展示了各个时期历史文化与艺术的结合情况，而底稿是壁画绘制过程中的首要信息，它描述了壁画内容的主要轮廓信息，充分反映了绘画者的初始绘制要义，展示了不同历史时期的绘画技法，因此提取壁画的底稿信息有助于研究者深入探测早期艺术家们的历史信息，深刻认识历史的发展轨迹和状态。

由于壁画颜料及不同病害的覆盖，壁画底稿信息变得模糊甚至不可见，但是鉴于底稿信息绘制颜料的特殊性，可以通过特定波长下的光谱表现出来。例如，利用多光谱紫外荧光和红外摄影技术采集壁画信息，深入了解了壁画的原始绘画内容等；或者，利用多光谱成像技术采集油画的影像，提取了自然光条件下肉眼无法探测的底稿信息；又或者，通过获取油画的近红外影像，对底稿线条进行分类处理来确定绘制的工具；以及，采用高光谱成像技术获取历史文本，并根据不同墨水的波谱特性，提取了部分底稿文本信息。

这些方法主要采用的是目视判别以及区域性分类手段来获取壁画的底稿信息，可直观的获取底稿信息，但较为费时费力，不利用实现壁画底稿信息的自动化提取。

发明内容

本发明针对现有技术的弊端，提供一种基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法。

本发明所述的基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法，包括如下步骤：

步骤一，选取预定区域的壁画为样本，并获取该壁画样本的高光谱数据信息；

步骤二，对上述高光谱数据信息进行主成分分析，以获取包含该高光谱数据信息中有效特征信息的主成分；其中，所述主成分为高光谱数据信息中各个波段的线性组合；

步骤三，根据各个波段的权重值而选取出主成分中的特征波段，并由选取出的特征波段合成新的影像；

步骤四，计算所述新的影像的像元统计数据、以及壁画的高光谱数据信息所包含的像元统计数据，将所述壁画对应的像元统计数据与所述新的影像的像元统计数据进行比较并确定相似度，选取相似度超过设定阈值的壁画的像元为壁画的底稿像元。

本发明所述的基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法的步骤一中，选取表面质地光滑平坦、和/或病害侵害程度低、和/或底稿为含碳颜料绘制的壁画为样本。

本发明所述的基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法的步骤二中，

设X＝(X₁，X₂，...，X_n)^T为高光谱数据信息的n维随机向量，其中X_i＝(X_i1，X_i2，...，X_in)^T(i＝1，2，..，n)是第i个拥有n个指标的样本；X的均值向量为E(X)＝μ，X的协方差为R(X)＝V≥0；

则基于样本协方差矩阵R提取主分量的过程如下：

求R矩阵的特征值及特征矢量，所求得特征值按降序排列为a₁≥a₂≥...≥a_n≥0，与其所对应的特征矢量分别记为β₁，β₂，...，β_n；

确定m个主分量y₁，y₂，...，y_m；其中i＝1，2，...，m；式中：B_i为由m个主成分矢量β_i构成的主成分矢量矩阵。

本发明所述的基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法的步骤三中，所述各个波段的权重值为预先设置；

根据各个波段的权重值绘制权重值与波段对应关系的曲线，该曲线的波峰及波谷部分所对应的波段即为特征波段。

本发明所述的基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法中，将高光谱成像技术用于壁画底稿信息提取，针对所获取的高光谱影像数据量大，相邻波段间相关性高的特点，先用主成分分析的方法对数据进行降维处理，再对特征波段进行提取和分析，最后通过监督分类对壁画底稿信息进行提取，能够明显提高底稿信息提取效率。

附图说明

图1为本发明所述基于高光谱数据的壁画底稿信息提取方法的流程示意图。

具体实施方式