唐卡
唐卡(Thang-ga)也叫唐嘎，唐喀，系藏文音譯，指用綵緞裝裱後懸掛供奉的宗教卷軸畫。唐卡是藏族文化中一種獨具特色的繪畫藝術形式，題材內容涉及藏族的歷史、政治、文化和社會生活等諸多領域，具有鮮明的民族特點、濃郁的宗教色彩和獨特的藝術風格，用明亮的色彩描繪出神聖的佛的世界。唐卡傳統上全部採用金、銀、珍珠、瑪瑙、珊瑚、松石、孔雀石、硃砂等珍貴的礦物寶石和藏紅花、大黃、藍靛等植物為顏料以示其神聖。這些天然原料保證了所繪製的唐卡色澤鮮豔，璀璨奪目，雖經幾百年的歲月，仍是色澤豔麗明亮。因此唐卡被譽為中國民族繪畫藝術的珍品，被稱為藏族的“百科全書”，也是中華民族民間藝術中彌足珍貴的非物質文化遺產。
庫房的櫃式收藏唐卡，由於多幅唐卡堆疊在一起，形成了很多摺痕。而原狀陳列的唐卡存在問題較多，由於年代久遠，長期受自然光的照射和粉塵的侵害，畫芯顏料褪色，某些部位膠的黏性減弱，白粉與顏料的附著力下降，顏料龜裂、色塊剝落。同時受地心引力與卷杆較重的下墜拉力的長期作用，有些唐卡織物亦受光照與環境的影響，纖維結構老化、變脆、酥粉，畫面出現扭皺變形、卷杆與楣杆的裝襯織物脆裂、畫芯與裝襯縫線斷裂甚至出現襯邊脫落等病害現象。因此，
修復、保護唐卡是當前文物工作者的一項重要工作。隨著數字攝影、三維信息獲取、虛擬現實、圖像處理技術的發展，數字化保護技術為非物質文化遺產的保護提供了一種可靠且有效的方法。目前的有關唐卡圖像數字化保護方面的研究主要集中於採用圖像修復技術對受損的圖像信息進行填補，這方面的研究比較活躍，湧現出了多種方法，例如，基於樣本塊的紋理合成方法、基於變分偏微分方程的方法以及基於分解的圖像修復方法。而對於破損區域的分割——這個影響後續修復效果的中間環節的研究相對發展較為緩慢。
《唐卡圖像數字化保護技術》（胡文瑾著．北京：科學出版社，2019.7）一書對唐卡數字化保護技術所涉及的內容進行了詳細概括。考慮到唐卡圖像不同於一般風景、人物圖像，研究工作圍繞唐卡圖像的特徵展開討論。為了實現較為完整的數字化修復唐卡圖像，本書從破損唐卡圖像的分割、圖像修復、圖像質量評價三個方面進行了重點描述，完成的主要研究工作如下。
1. 提出了一種基於小波分析的唐卡圖像劃痕分割模型
針對唐卡畫作在保存或搬運的過程中由於摩擦產生的大量劃痕進行自動檢測和定位研究。將小波變換引入到劃痕檢測算法中，利用小波模極大值邊緣檢測算法以及一維信號的極值點檢測算法在全圖範圍找到了候選的垂直(或水平)劃痕的位置。然後通過標註聯通分量，設置約束條件最終得到劃痕模板。該模型在分割垂直(或水平)劃痕方面具有良好的性能，避免了由於手工標定帶來的不準確性和繁瑣性。
2. 結合唐卡領域知識和多特徵表示設計了針對一致性破損區域的分割模型
首次將唐卡圖像構圖、佈局等領域知識引入到破損區域分割中，提出了宗教類唐卡圖像對稱軸獲取算法。同時提出了基於對稱軸的分塊分割算法，從而更有效地獲取了閾值，最大限度地保留了破損信息。然後利用Gabor 濾波器提取圖像不同尺度下的紋理特徵，結合Lab 顏色空間下的顏色特徵共同構成多尺度多特徵集合，最後利用K 最近鄰算法進行分類。該模型解決了宗教肖像類唐卡一致性破損區域的自動分割問題。
圖像的對稱分割
3. 以評價破損彩色唐卡圖像為目標，提出一種基於超像素的無參考彩色唐卡圖像質量評價方法
針對大量唐卡圖像由於時間與環境因素導致的塊狀和劃痕破損而缺失部分彩色信息的情況，現有的圖像評價方法會出現由於唐卡圖像數據庫信息較少而導致的算法評價結果與主觀評價不一致情況。該算法利用唐卡圖像色彩特徵分佈均勻等特點，結合超像素對破損唐卡圖像進行基於Lab 色彩空間的色彩特徵提取，較好地處理了唐卡圖像複雜區域彩色信息丟失的情況。通過色彩熵量化超像素的色彩分佈特徵和結構特徵，初步獲得評價分數；最後通過對抗生成網絡對破損唐卡數據庫中圖像進行變形等操作獲取大量數據，使本書評價分數更加具有可信度。實驗結果表明，該方法利用唐卡圖像豐富的色彩特徵，較好地獲得與主觀評價一致的分數，其Spearman 秩相關係數與Pearson 相關係數均達到0.9 以上。
4. 為解決已修復唐卡圖像的質量評價問題，提出一種基於Harris 角點與修復唐卡圖像的無參考型質量評價方法
該方法使用特徵提取技術對圖像全局對稱特徵和局部角點特徵進行提取，利用唐卡圖像的構圖對稱特徵將左右兩半圖像角點的距離方差進行對比，差值的大小可以有效地顯示圖像質量的變化。通過分析提取出來的差值評價修復圖像的質量情況。實驗結果表明結合圖像對稱特徵的Harris 角點距離差值指標能夠給出和已經存在的無參考評價方法以及主觀評價方法一致的結果。
5. 提出了基於樣本塊的唐卡圖像修復算法
本書分析了目前基於樣本塊的圖像修復算法存在的缺陷，提出了一種改進算法。該算法首先充分利用修復點和已知像素點的可靠性應該相區別這一事實，給出了置信度更新方法；其次設計了最佳匹配塊選擇策略，解決了當存在多個近似匹配塊時算法選擇的不確定性；最後，通過對已修復樣本塊鄰域的檢測來提取每一次修復後的破損邊緣，減少了每次尋找破損邊緣、計算其優先級的代價，提高了算法的效率。大量實驗表明，該模型對於圖像中出現的大區域破損或包含豐富紋理的區域修復效果較好，而且大大提高了基於樣本塊的圖像修復算法的速度。
6. 設計了快速的非局部均值形態成分分析的唐卡圖像修復模型
唐卡圖像既包含紋理豐富的區域，又包含結構特徵明顯的部分，因此將紋理部分修復與結構部分修復有機地結合起來將會揚長避短，快速的非局部均值形態成分分析的唐卡圖像修復模型正是基於這個思路提出的。該模型將非局部均值算子引入到MCA 修復算法中，不僅充分利用了圖像冗餘信息，加強丟失區結構細節的修復，而且在平滑區避免了噪聲抑制的不充分，甚至出現虛假邊緣的情況。
然而非局部均值算子時空複雜度比較高，因此算法自適應選取搜索窗口並且在矩陣相似度的基礎上定義非局部相似度函數 w(i, j) ，將相似度高的樣本塊參與計算，大大降低了搜索範圍內所有樣本塊均參與高斯平滑的計算量。實驗表明，該模型最大限度地保持圖像的基本信息，目標輪廓邊緣特徵清晰，在一定程度上保證了恢復圖像能取得更好的視覺質量。
實驗3：不同模板大小修復效果比較
7. 提出了全變分小波域唐卡圖像修復算法和模型
一方面，針對全變分小波域圖像修復在數值計算的過程中忽略部分點且存在不對稱性的缺點，提出了一種新的數值計算方法。新方法充分考慮了待修復點八鄰域的信息，而且通過參數的設置使得“主方向”上的四個鄰點貢獻最優，從而不僅具有更高的精確性，而且對噪聲的魯棒性也很好。
另一方面，提出了一種融合全變分範數和二次範數的小波域圖像修復模型。通過參數λ 的設置，模型可以處理噪聲圖像和非噪聲圖像，同時平衡參數τ 的引入將全變分範數和二次範數相結合，使得在圖像強邊緣處採用接近全變分的擴散，在平坦區採用接近二次範數來擴散，最後顯式有限差分對模型推導出的Euler-Lagrange 方程進行離散化。
本書從唐卡數字化保護的現狀出發，介紹了破損區域的分割、破損圖像的修復及其修復後質量評價的方法。書中探討了符合唐卡圖像視覺特徵的算法，指出了數字化保護唐卡中的關鍵性環節和難點問題，並給出解決方案。深入討論了各個算法的核心部分，通過實驗對比對算法的有效性進行了驗證。
本文摘編自《唐卡圖像數字化保護技術》（胡文瑾著．北京：科學出版社，2019.7）一書“第10 章 結論與展望”，有刪減修改，標題為編者所加。
ISBN 978-7-03-061935-8
責任編輯：胡慶家 賈曉瑞
本書可作為數字圖像處理、文物數字化保護等專業領域的研究生、高年級本科生閱讀，也可供從事數字圖像處理及相關領域的研究人員和工程技術人員參考。
（本文編輯：劉四旦）
