基于MATLAB图像处理功能的碎片拼接系统开发.pdf

基于MATLAB 图像处理功能的二维碎片拼接软件开发 张梓麒 2014/9/26 组员1：张梓麒 2012302540199 组员2：崔兆仑 2012302540205 组员3：姜盛波 2012302540198 组员4 ：郝亮亮 2012302350056 基于MATLAB 图像处理功能的二维碎片拼接软件开发 1.目的与意义 破碎文件的拼接在司法物证复原、历史文献修复以及军事情报获取等领域都 有着重要的应用。传统上，拼接复原工作需由人工完成，准确率较高，但效率很 低。特别是当碎片数量巨大，人工拼接很难在短时间内完成任务。随着计算机技 术的发展，人们试图开发碎纸片的自动拼接技术，以提高拼接复原效率。 目前，针对非规则碎片的拼接技术已相对成熟，利用改进的遗传算法对边缘 [1] 形状进行匹配，可以获得不错的拼接结果 。然而，对于规则切割的碎片，例如 碎片均为全等的矩形，由于无法利用所含信息量较大的几何特征进行匹配，故对 其的拼接方案仍有待研究与开发。 2.研究内容 本小组将致力于研究规则碎片的拼接方案，并编写相关程序。 （1）对于给定的来自同一页印刷文件的碎纸机破碎纸片（仅纵切），建立碎 纸片拼接复原模型和算法，并针对中、英文文件的碎片数据进行拼接复原。 （2）对于碎纸机既纵切又横切的情形，设计碎纸片拼接复原模型和算法， 并针对中、英文的碎片数据进行拼接复原。 （3）针对双面打印文件的碎纸片拼接复原问题，对相应的碎纸片拼接复原 模型与算法进行改进。 3.研究方法 对于规则碎片，只能利用其所包含的文字或图像信息对其进行匹配，本小组 的初步想法是根据碎片边缘包含的信息，设计算法并利用计算机软件寻找最为匹 配的两张碎片，进行逐步拼接。 由于各图片边缘含有的信息量有限，故有时计算机并不能直接找到合适匹配 的相邻碎片，这就需要加入人工干预的过程。 MATLAB 软件有很强大的图像处理功能，并可以借助图形用户界面 （GUI）实 现良好的交互式算法。本小组拟利用MATLAB 提取图像的灰度矩阵，设计一种方 法衡量两个灰度矩阵边缘向量的匹配程度，并对其进行优化。在此基础上利用 MATLAB 对碎片进行逐步拼接，编写一个GUI 界面，加入人工干预，使碎片的拼 接过程更为方便可靠。 4.已取得的成果 4.1 仅纵切的中文文件的拼接 （无人工干预） 2 本小组将一张文字图片纵切成 19 个全等的矩形碎片，部分碎片如下： 利用MATLAB 提取各碎片的灰度矩阵，并对其进行二值化处理。得到19 个 的二值矩阵，将第 张图片的灰度矩阵和二值矩阵分别记为 、 。 由于该文件的左侧有一定页边距，故可以利用MATLAB 首先找到其最左侧的 碎片：考虑到该二值矩阵共有1980 列，故应有下式： 本小组利用碎片图像二值化矩阵边缘向量之间的平方欧式距离来衡量两碎 片信息的差异。由于二值化矩阵各元素非零即一，故可以用各对应元素之差的绝 对值之和来表示其平方欧式距离。 将已经拼接完成的碎纸片的编号 构成的集合记为 ，其在图片中的位置记 为 ， 。 由于图片仅纵切，其两侧边缘保留的信息量较大。将上一轮确定位于位置 的碎纸片的二值化矩阵记为 ，其右侧相邻的碎纸片 应为满足下列数学关系的 最优解： 3 开始 碎片图像数字化，w=1 找到二值矩阵第一列全为0的碎