[发明专利]基于形态先验特征的甲骨刻辞文字修复方法

权利要求书

1.一种基于形态先验特征的甲骨刻辞文字修复方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤1.输入待修复的甲骨文图像I，若与龟甲的盾纹、齿缝或甲骨外缘存在粘连的文字数量大于2，则令DenoiseOption←1，否则令DenoiseOption←0，所述DenoiseOption表示控制连通区域去噪强度的布尔型参数；

步骤2.将I的颜色空间从RGB转换到HSV，并提取其Y分量I_V；

步骤3.利用迭代式全局阈值法分割I_V，得到甲骨文字的粗分割结果；

步骤3.1令I_V的最大灰度值和最小灰度值分别为Z_max和Z_min，并令初始分割阈值T₁＝(Z_max+Z_min)/2；

步骤3.2采用T₁作为全局阈值将图像I_V分割为前景区域G₁和背景区域G₂，其中，G₁由I_V中灰度值大于T₁的像素组成，而G₂由I_V中灰度值不大于T₁的像素组成；

步骤3.3计算前景区域G₁中所有像素的平均灰度值μ₁，计算背景区域G₂中所有像素的平均灰度值μ₂，并令T₂＝(μ₁+μ₂)/2；

步骤3.4如果|T₂-T₁|T，所述T为预设的迭代阈值，则将T₂作为最优的全局分割阈值，转入步骤3.5；否则，令T₁←T₂，转入步骤3.2；

步骤3.5采用T₂作为全局阈值，对I_V进行二值化，得到甲骨文字的粗分割结果

步骤4.对进行基于连通区域的去噪处理；

步骤4.1若DenoiseOption＝1，则采用半径为r₁的平坦圆盘型结构元素对进行形态学顶帽运算，从而消除中的大面积不均匀背景，得到图像所述r₁为预设常数，转入步骤5；

步骤4.2若DenoiseOption＝0，则对中的4-连通区域进行标记，并将其标签为1的4-连通区域填充为背景，从而消除中的大面积盾纹和齿缝，得到图像

步骤5.将图像中面积小于T_NoiseArea的8-连通区域填充为背景，从而去除的小面积区域噪声，所述T_NoiseArea为预设常数；

步骤6.统计中所有4-连通区域，令4-连通区域的数量为N_{4_Area}个，令4-连通区域的面积的数学期望为S_E，令i←1，再对各个4-连通区域进行基于形态先验特征的填充处理，得到填充后的图像

步骤6.1从图像中取出第i个4-连通区域；

步骤6.2若第i个4-连通区域的连通面积大于T_{4_Area}，则将该4-连通区域判定为文字区域并转入步骤6.7，否则转入步骤6.3，所述T_{4_Area}为预设常数；

步骤6.3计算第i个4-连通区域的面积S_i和外接矩形，令该外接矩形的高度和宽度分别为H_i和W_i；

步骤6.4若S_i≥S_E，则将第i个4-连通区域判定为文字区域并转入步骤6.7，否则转入步骤6.5；

步骤6.5若H_i/W_iRatio或者W_i/H_iRatio，则将第i个4-连通区域判定为孤立的文字区域并转入步骤6.7，否则转入步骤6.6，所述Ratio为预设常数；

步骤6.6将第i个4-连通区域判定为噪声区域并将其填充为背景；

步骤6.7令i←i+1，若iN_{4_Area}，则转入步骤7，否则返回步骤6.1；

步骤7.采用直径为r₂的方形结构元素对图像进行形态学开运算，去除图像中甲骨文字周围的局部噪声，得到图像所述r₂为预设常数；

步骤8.提取图像中的边缘特征点，令所述P_edge表示边缘像素的坐标集合；

步骤8.1利用Sobel算子对图像进行边缘检测，从而提取图像中的边缘像素，并将边缘像素的坐标保存到集合P_edge中；

步骤8.2对于图像中的每个像素p，令其坐标为(px,py)，若(px,py)∈P_edge，则将像素p的值设置为1，否则将像素p的值设置为0，所述px表示像素p的横坐标，py表示像素p的纵坐标；

步骤9.提取图像中甲骨文字的拐点以及每个像素的方向转角，将中所有像素的状态设置为未被处理过；

步骤9.1按照光栅扫描顺序，从图像中取出一个未被处理过的像素，令其为q，并建立一个集合

步骤9.2若像素q的值等于0或者像素q处于图像的第1行或第1列或最后1行或最后1列，则转入步骤9，否则转入步骤9.3；

步骤9.3若以像素q为中心的8-邻域相邻像素中，像素值为1的像素数量不足2个，则转入步骤9.8，否则根据公式(1)所定义的模板中的序号，对像素q的8-邻域相邻像素进行编号；

步骤9.4在像素q的8-邻域相邻像素中，取出像素值等于1的像素的编号，将其加入集合U_edge且

步骤9.5在集合U_edge中，找出能满足公式(2)的2个编号e₁和e₂；

所述e₁∈{1,2,3,4,5,6,7,8}，e₂∈{1,2,3,4,5,6,7,8}，且e₁≠e₂，表示以像素q为起点、以编号e₁所对应的像素为终点的向量，表示以像素q为起点、以编号e₂所对应的像素为终点的向量，分别表示和的模长，“·”表示向量的内积运算；

步骤9.6如果θθ_T，则将像素q判定为甲骨文字的拐点，所述θ_T为预设常数；

步骤9.7根据编号e₁和e₂，计算像素q的方向转角θ_q；

步骤9.7.1当e₁＝1时，若e₂＝3，则令θ_q＝11，若e₂＝5，则令θ_q＝2，若e₂＝6，则令θ_q＝-12，若e₂＝7，则令θ_q＝-3，若e₂＝8，则令θ_q＝180，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.2当e₁＝2时，若e₂＝4，则令θ_q＝0，若e₂＝5，则令θ_q＝0，若e₂＝6，则令θ_q＝-3，若e₂＝7，则令θ_q＝180，若e₂＝8，则令θ_q＝3，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.3当e₁＝3时，若e₂＝1，则令θ_q＝11，若e₂＝4，则令θ_q＝2，若e₂＝6，则令θ_q＝180，若e₂＝7，则令θ_q＝3，若e₂＝8，则令θ_q＝12，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.4当e₁＝4时，若e₂＝2，则令θ_q＝0，若e₂＝3，则令θ_q＝2，若e₂＝5，则令θ_q＝180，若e₂＝7，则令θ_q＝0，若e₂＝8，则令θ_q＝-2，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.5当e₁＝5时，若e₂＝1，则令θ_q＝2，若e₂＝2，则令θ_q＝0，若e₂＝4，则令θ_q＝180，若e₂＝6，则令θ_q＝-2，若e₂＝7，则令θ_q＝0，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.6当e₁＝6时，若e₂＝1，则令θ_q＝-12，若e₂＝2，则令θ_q＝-3，若e₂＝3，则令θ_q＝180，若e₂＝5，则令θ_q＝-2，若e₂＝8，则令θ_q＝-11，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.7当e₁＝7时，若e₂＝1，则令θ_q＝-3，若e₂＝2，则令θ_q＝180，若e₂＝3，则令θ_q＝3，若e₂＝4，则令θ_q＝0，若e₂＝5，则令θ_q＝0，否则转入步骤9.8；

步骤9.7.8当e₁＝8时，若e₂＝1，则令θ_q＝180，若e₂＝2，则令θ_q＝3，若e₂＝3，则令θ_q＝12，若e₂＝4，则令θ_q＝-2，若e₂＝6，则令θ_q＝-11，否则转入步骤9.8；

步骤9.8若图像的所有像素都已处理完毕，则转入步骤10，否则返回步骤9.1；

步骤10.将图像中所有像素的状态设置为未经过水平方向修复且未被遍历过，并沿着水平方向对图像中甲骨文字的拐点进行修复，令所述表示经过水平方向修复后的结果图像；

步骤10.1按照光栅扫描顺序，扫描图像的每个像素，从中取出一个未经过水平方向修复或者未被遍历过的像素，令其为m，并令其坐标为(mx,my)，所述mx表示像素m的横坐标，my表示像素m的纵坐标；

步骤10.2若像素m是甲骨文字的拐点，则将像素m作为当前边缘像素段的起始点并将其方向转角赋值给θ_start，否则将像素m设置为已被遍历过的像素并转入步骤10.7；

步骤10.3若像素m的右侧存在像素值等于1的像素，则继续沿着水平方向向右遍历，直到遇到第一个像素值等于0的像素m′为止，并将m′左侧的相邻像素m″作为当前边缘像素段的终止点，将m″的方向转角赋值给θ_end，令像素m″的坐标为(mx″,my″)，所述mx″表示像素m″的横坐标，my″表示像素m″的纵坐标；

步骤10.4令当前边缘像素段的修复方向角将中纵坐标为my且横坐标位于闭区间[mx,mx″]的所有像素的值均设置为0，并将像素m设置为已经过水平方向修复的像素；

步骤10.5若或者或者则将中纵坐标为my+1且横坐标位于闭区间[mx,mx″]的所有像素的值均设置为1，转入步骤10.7；

步骤10.6若或者或者则将中纵坐标为my-1且横坐标位于闭区间[mx,mx″]的所有像素的值均设置为1，转入步骤10.7；

步骤10.7若图像的所有像素都已经过水平方向修复或者被遍历过，则转入步骤11，否则返回步骤10.1；

步骤11.将图像中所有像素的状态设置为未经过竖直方向修复且未被遍历过，并沿着竖直方向对图像中甲骨文字的拐点进行修复，令所述表示经过竖直方向修复后的结果图像；

步骤11.1按照从左到右、从上到下的扫描顺序，扫描图像的每个像素，从中取出一个未经过竖直方向修复或者未被遍历过的像素，令其为n，并令其坐标为(nx,ny)，所述nx表示像素n的横坐标，ny表示像素n的纵坐标；

步骤11.2若像素n是甲骨文字的拐点，则将像素n作为当前边缘像素段的起始点并将其方向转角赋值给θ_start，否则将像素n设置为已被遍历过的像素并转入步骤11.7；

步骤11.3若像素n的下方存在像素值等于1的像素，则继续沿着竖直方向向下遍历，直到遇到第一个像素值等于0的像素n′为止，并将n′上方的相邻像素n″作为当前边缘像素段的终止点，将n″的方向转角赋值给θ_end，令像素n″的坐标为(nx″,ny″)，所述nx″表示像素n″的横坐标，ny″表示像素n″的纵坐标；

步骤11.4令当前边缘像素段的修复方向角将中横坐标为nx且纵坐标位于闭区间[ny,ny″]的所有像素的值均设置为0，并将像素n设置为已经过竖直方向修复的像素；

步骤11.5若或者或者则将中横坐标为nx-1且纵坐标位于闭区间[ny,ny″]的所有像素的值均设置为1，转入步骤11.7；

步骤11.6若或者或者则将中横坐标为nx+1且纵坐标位于闭区间[ny,ny″]的所有像素的值均设置为1，转入步骤11.7；

步骤11.7若图像的所有像素都已经过竖直方向修复或者被遍历过，则转入步骤12，否则返回步骤11.1；

步骤12.消除图像中的孤立像素，将中所有像素的状态设置为未被处理过；

步骤12.1按照光栅扫描顺序，扫描图像从中取出一个未被处理过的像素，令其为k；

步骤12.2若像素k处于图像的第1行或第1列或最后1行或最后1列，则转入步骤12.4，否则转入步骤12.3；

步骤12.3若像素k的值等于1并且其8-邻域相邻像素的值均为0，则将像素k的值设置为0；

步骤12.4若图像的所有像素都已处理完毕，则输出处理后的图像作为最终的甲骨刻辞文字修复结果，否则返回步骤12.1。