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基于高光谱数据的壁画信息提取与分析

作　者: 芦鑫
导　师: 周克勤; 侯妙乐
学　校: 北京建筑工程学院
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 高光谱壁画底稿颜料病害分类
分类号: K879.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

壁画是历史与艺术结合的产物，它从不同的侧面反映了各个历史时期的经济文化发展状况和意识形态，其信息有助于帮助考古学家深入了解历史的发展轨迹及状态，分析早期艺术学家的绘画技法，并有利于指导壁画保护工作者制定合理的保护和修复方案。伴随高光谱成像技术的发展，它已广泛应用于资源、城市、生态、考古等领域。它所特有的诸多优势，为文物的保护工作提供了新的视点。高光谱成像技术具有光谱响应范围广的特点，可获取丰富全面的壁画影像信息；高光谱影像具有波段多，波段宽度窄的特点，这不单单是数量的增加，同时也使得壁画信息的精细表达成为可能；高光谱成像技术除了具有普通影像所包含的空间域信息外，还可提供影像中每个像元的光谱域信息，即所谓的―谱像合一‖，因而可为壁画中每个信息像元提供一条连续的光谱响应曲线，为壁画信息的分析和处理提供依据。本文针对高光谱数据在壁画底稿信息提取过程中提取效率低的问题；在壁画颜料信息分析过程中物质混杂的问题；在壁画病害信息分析过程中特征复杂等问题进行深入研究，提出了相应的解决方法。具体地，本文的主要研究工作可以概括为：（1）.提出了一种基于主成分分析的特征波段选取方法，在降低数据维数的同时剔除数据中的冗余信息，通过合理选取特征波段，保留壁画影像中主要的底稿空间信息，克服因高光谱数据波段间相关性高而造成的底稿信息提取效率低的问题。实验表明，与原始影像底稿提取结果相比，基于特征波段合成的影像不仅压缩了数据量，减少了提取时长，而且底稿信息提取量也有所提高。（2）.提出了一种基于光谱空间的颜料信息的提取和分析方法，通过建立各种颜料的参考波谱特征库，对壁画影像进行分类处理，确定每种颜料的分布区域，并对分类结果进行精度评价。该方法有效利用高光谱数据图谱合一的特性确定壁画颜料的分布区域，为壁画的保护和修复工作提供指导。（3）.提出了一种面向对象的病害分类方法，通过分析病害本身特有的形状、纹理、颜色等多方面的信息，结合相应的分类算法对壁画进行分类处理，实现病害信息的有效提取，对提取结果进行矢量化处理，进行缓冲区分析，预测病害可能扩散的范围，为壁画的保护工作提供指导。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
目录  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究的意义和目的  10-12
  1.2 研究现状  12-15
    1.2.1 壁画信息提取和分析的研究进展  12-13
    1.2.2 高光谱技术在文物信息提取和分析方面的研究进展  13-15
  1.3 主要研究内容及章节安排  15-18
    1.3.1 论文的研究内容  15-16
    1.3.2 论文的章节安排  16-18
第2章壁画底稿信息的提取  18-30
  2.1 引言  18-19
  2.2 高光谱数据的特点及降维的必要性和可行性  19-20
    2.2.1 高光谱数据的特点  19
    2.2.2 数据降维的必要性和可行性  19-20
  2.3 基于主成分分析的特征波段选取  20-24
    2.3.1 基本流程  20-21
    2.3.2 主成分分析  21-23
    2.3.3 特征波段的选取  23-24
  2.4 实验结果及分析  24-29
    2.4.1 数据描述  24-25
    2.4.2 主成分分析处理  25-26
    2.4.3 选取特征波段  26
    2.4.4 选取结果分析  26-28
    2.4.5 底稿信息提取结果分析  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章壁画颜料信息的分析  30-39
  3.1 引言  30-31
  3.2 基于高光谱数据的颜料信息分析  31-35
    3.2.1 基本流程  31-32
    3.2.2 最小噪声分离  32-33
    3.2.3 端元的提取  33-34
    3.2.4 光谱匹配技术  34-35
    3.2.5 波谱角填图法  35
  3.3 实验结果及分析  35-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章壁画病害信息的分析  39-49
  4.1 引言  39-40
  4.2 基于高光谱数据的病害信息分析  40-44
    4.2.1 基本流程  40-41
    4.2.2 影像分割  41
    4.2.3 面向对象的影像分类  41-42
    4.2.4 矢量化  42-43
    4.2.5 缓冲区分析  43
    4.2.6 叠置分析  43-44
  4.3 实验结果与分析  44-47
  4.4 本章小结  47-49
第5章高光谱壁画处理系统的设计与实现  49-61
  5.1 系统环境介绍  49-50
  5.2 系统介绍  50-60
    5.2.1 系统框架  50-51
    5.2.2 图像导入模块  51
    5.2.3 底稿信息提取模块  51-55
    5.2.4 颜料信息分析模块  55-57
    5.2.5 病害信息分析模块  57-60
    5.2.6 精度评定  60
  5.3 本章小结  60-61
总结与展望  61-64
  本文总结  61-63
    主要内容  61-62
    主要创新点  62-63
  研究展望  63-64
参考文献  64-71
攻读硕士学位期间发表的论文和科研情况  71-72
致谢  72

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