一种三维书法碑刻或牌匾自动生成方法

摘要

本发明公开的三维书法碑刻或牌匾自动生成方法，步骤依次包括：用户交互输入书法碑刻或牌匾的拓片或者照片、生成三维书法碑刻或牌匾的模型类型及碑刻或牌匾雕刻模式：阴刻、阳刻或阴阳刻；对输入的碑刻或牌匾的拓片或者照片进行轮廓检测；对检测结果进行二维欧氏距离变换，生成距离场，作为文字表面初始高度估计；根据雕刻方式调制碑刻或牌匾的距离场，再进行高斯模糊，得到文字表面高度估计，并生成刻字表面高度估计和细节高度估计，叠加刻字表面高度估计和细节高度估计得到三维书法碑刻或牌匾的模型高度估计并输出。用该方法可以高效快速地生成高质量的三维书法碑刻或牌匾效果，它可以用于传统文化遗产的数字化保护、现代碑刻、牌匾的计算机辅助设计。

主权项

1.一种三维书法碑刻或牌匾自动生成方法，包括以下步骤：1）用户交互输入书法碑刻或牌匾的拓片或者照片；2）输入生成三维书法碑刻或牌匾的模型类型；3）输入碑刻或牌匾雕刻模式：阴刻、阳刻或阴阳刻；4）对输入的碑刻或牌匾的拓片或者照片进行轮廓检测，步骤如下：使用基于局部区域尺度可变的活动轮廓模型对输入的拓片或者照片I进行轮廓检测，将图像分割成K-1个不连续的笔画区域SR_i和背景区域BR，其中笔画区域由单个孤立笔画或者有交叉的多个笔画组成，I表示成：$I={\cup }_{i=1}^{K-1}{\mathrm{SR}}_i+\mathrm{BR}$得到分割区域图；5）对检测结果进行二维欧氏距离变换，生成距离场，作为文字表面初始高度估计；包括如下步骤：a、对于每个笔画区域SR_i，其内部的点P＝{p∈SR_i}设置为非特征点，背景区域BR内的点P′＝{p′∈SR_i}设置为特征点；b、采用斜切距离变换近似计算每一个特征点p′到与其最近的非特征点p的二维欧氏距离值，得到距离灰度图，即距离场D，将该距离场D作为三维书法碑刻或牌匾中的文字表面的初始高度估计；6）若执行指令为碑刻时，则：定义阴刻、阳刻和阴阳刻的调制函数分别为HM1、HM2和HM3，其中HM1＝-u×hmax，HM2＝u×hmax，HM3＝(u-1)×hmax，这里d_x,y表示像素(x,y)的距离值，dmax为d_x,y,((x,y)∈P)集合中的最大值，hmax为文字最大高度，hmax＜1；根据选择的碑刻雕刻模式，使用对应的调制函数HM1、HM2或HM3作用于距离场D的每一点，得到调整后的距离场D′；7）若执行指令为牌匾时，则：a、输入截断系数a，0＜a＜1；b、定义阴刻、阳刻和阴阳刻的调制函数分别为HM1′、HM2′和HM3′，其中${\mathrm{HM}1}^{\prime }=\left\{\begin{array}{c}-\frac{u}{a}\times h\max ,(u<a)\\ -h\max ,(u\ge a)\end{array}\right.,$${\mathrm{HM}2}^{\prime }=\left\{\begin{array}{c}\frac{u}{a}\times h\max ,(u<a)\\ \mathrm{hnax},(u\ge a)\end{array}\right.,$${\mathrm{HM}3}^{\prime }=\left\{\begin{array}{c}(\frac{u}{a}-1)\times h\max ,(u<a)\\ 0,(u\ge a)\end{array}\right.,$这里$u=\frac{d_{x,y}}{d\max },$d_x,y表示像素(x,y)的距离值，dmax为d_x,y,((x,y)∈P)集合中的最大值，hmax为文字最大高度，hmax＜1，当文字高度上升到截断系数a时进行截断；根据选择的牌匾雕刻模式，使用对应的调制函数HM1′、HM2′或HM3′作用于距离场D的每一点，得到调整后的距离场D′；8）生成文字表面高度估计GH；步骤如下：a、对调制后的距离场D′采用高斯滤波进行平滑处理，高斯滤波的核取距离场D′中的最大像素值d′max；b、将分割区域图中的笔画区域像素值设置为1，背景区域像素值设置为0，得到分割区域图的二值模板，将分割区域图的二值模板和高斯滤波后的图形做乘积运算，运算结果作为文字表面高度估计GH，对于碑刻GH＝G(HMi)(i＝1、2或3)，对于牌匾GH＝G(HMi′)(i＝1、2或3)，这里G表示高斯滤波及乘积复合函数；9）根据选择的碑刻或牌匾的雕刻模式生成背景区域高度估计BH，将背景区域高度估计BH与文字表面高度估计GH叠加得到刻字表面的高度估计LH；步骤如下：a、用L表示完整的书法碑刻或牌匾的刻字表面，LH表示L的高度估计，用BL表示背景区域BR对应的表平面，BH表示表平面BL的高度估计，用H_init表示雕刻前介质表面的初始高度，根据选择的文字雕刻模式生成背景区域表平面高度BH，用n表示雕刻方式，其由如下方程确定：$\mathrm{BH}=\left\{\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{init}},(n=1)\\ H_{\mathrm{init}}-h\max ,(H_{\mathrm{init}}>h\max ,n=2)\\ H_{\mathrm{init}},(n=3)\end{array}\right.$其中n＝1表示阴刻雕刻方式，n＝2表示阳刻雕刻方式，n＝3表示阴阳刻雕刻方式，b、将背景区域高度BH与文字表面高度估计GH叠加得到刻字表面的高度估计LH，其由如下方程计算：LH＝BH+GH(n＝1或3时,BH＞hmax)10）生成细节高度估计；步骤如下：a、将输入的书法碑刻或牌匾的拓片或者照片转换成灰度图，得到的灰度图进行反相操作，对灰度图中每个笔画区域SR_i计算出该区域的平均灰度srg_i，对背景区域BR计算出该区域的平均灰度brg；b、将碑刻或牌匾灰度图中的每个笔画区域SR_i内的像素值分别减去对应的平均灰度srg_i，背景区域BR减去灰度brg，得到细节高度估计Hd；11）将刻字表面高度估计LH和细节高度估计Hd分别进行归一化，按照公式H＝(1-b)LH+bHd叠加刻字表面高度估计LH和细节高度估计Hd生成书法碑刻或牌匾的高度估计并输出，式中b为叠加比例，0＜b＜1。