基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方法

【专利摘要】本发明提供了一种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方法，主要涉及双面打印文件的拼接及复原问题，通常由于图片较多，信息量较大，故通常为非线性优化问题，准确建立模型难度较大，并求解较为困难，同时误差可能较大。故本发明把图像作为一个整体，采用基于随机思想的蒙特卡洛算法进行选择填充。考虑给定的来自同一页印刷文字文件的碎纸机破碎纸片如何拼接到一起，包括:仅纵切，既纵切又横切的情形，双面打印文件及纵切有横切等情况的碎纸片，可能包括中文或英文。本发明通过图片拼接算法，可以使碎纸片的自动拼接，以获得图片拼接及复原效果，减少人力物力消耗，并提高拼接复原效率。

【专利说明】基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方法

【技术领域】

[0001] 本发明属于信息【技术领域】，涉及一种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片 拼接方法，具体地说，涉及一种自动破碎文件(碎纸)图片拼接技术，并提高拼接复原效率 及准确度。

【背景技术】

[0002] 破碎文件的拼接在文件修复、司法物证复原鉴定、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，很多碎片拼接问题都可以归结为或近似为二维碎片的拼接问 题。碎纸拼接是二维碎片图像拼接的典型问题。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。然而当碎片数量巨大，耗费大量的人力、物力，人工拼接很难在短时间 内快速、准确完成任务，而且还可能对物件造成一定的损坏。

[0003] 随着计算机技术的发展，利用计算机编程技术，通过图片拼接算法，可以进行碎纸 片的自动拼接，以获得图片拼接及复原，减少人力物力消耗，并提高拼接复原效率。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方 法，旨在解决现有技术图片拼接NP困难、拼接复原效率低的问题。

[0005] 本发明是这样实现的，一种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方 法，包括以下步骤：

[0006] S1、将碎纸片扫描成二维灰度图片形式，获得(mXn)张，并用Matlab将图片信息 读取成矩阵信息；

[0007] S2、基于蒙特卡洛算法利用Matlab随机函数randperm对上述生成的图片产生随 机的、不重复的mXn个图像碎片二维组合顺序；

[0008] S3、对mXn个碎片二维组合顺序作为拟生成的文件图片，基于均方根误差RMSE， 计算图片当中每幅图像与邻近图片即上、下、左、右的能量函数，然后求出所有图片能量函 数的和；

[0009] S4、对步骤S2进行10000次循环，并比较每次能量函数的大小，获取能量函数最小 值；

[0010] S5、得出的最小值所对应的碎片位置即为最优的排列方式；

[0011] S6、通过多次大量的迭代，最小值逐渐收敛，获得最优值，即最佳拼图效果。

[0012] 本发明克服现有技术的不足，提供一种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图 片拼接方法，主要涉及双面打印文件的拼接及复原问题，通常由于图片较多，信息量较大， 故通常为非线性优化问题，准确建立模型难度较大，并求解较为困难，同时误差可能较大。 故本发明把图像作为一个整体，采用基于随机思想的蒙特卡洛算法进行选择填充。考虑给 定的来自同一页印刷文字文件的碎纸机破碎纸片如何拼接到一起，包括：仅纵切，既纵切 又横切的情形，双面打印文件及纵切有横切等情况的碎纸片，可能包括中文或英文。对于具 体不同的三种情况具体分析如下：1)对仅纵切文件同时考虑文件当中每个碎片间左、右2 个约束关联条件；2)对包括横切、纵切文件同时考虑文件当中每个碎片间上、下、左、右4个 约束关联条件；3)对双面文件同时考虑文件当中每个碎片间上、下、左、右以及反面8个约 束关联条件，然后，建立能量函数，通常能量函数最小即拼接效果最好，通过蒙特卡洛的随 机性质寻找最小值，最后利用Matlab编程，并获得最优解，并进行验证。

【专利附图】

【附图说明】

[0013] 图1是本发明基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方法的步骤流程 图；

[0014] 图2本发明实施例中的随着1000迭代次数能量变化情况示意图；

[0015] 图3是本发明实施例中的随着10000迭代次数能量变化情况示意图；

[0016] 图4是本发明实施例中的碎片拼接上、下、左、右关系示意图。

[0017] 图5是本发明实施例中的5. 000. bmp图像的直方图；

[0018] 图6是本发明实施例中的横线图；

[0019] 图7是本发明实施例中的点图；

[0020] 图8是本发明实施例中的坚图。

【具体实施方式】

[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。

[0022] 实施例

[0023] -种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方法，如图1所示，包括以 下步骤：

[0024] S1、将碎纸扫描成二维灰度图片形式(mXn)，并用Matlab将图片信息读取成矩阵 信息；

[0025] 在步骤S1中，更具体的包括：

[0026] 1)图像预处理

[0027] 通常的图像不能拿来直接使用，因为存在噪音、灰度等不同信息，直接使用会造成 误差，导致结果不正确或误拼接，所以需要对图像进行预处理：

[0028] a)去噪处理

[0029] 给出的图像由于成像原因、相机或电脑原因可能会出现噪音问题，而出现噪音会 容易造成数据处理误差，比如最边上一列如果某个像素受到噪音影响〇变成1，那么最后统 计会造成一定的误差，所以采用通常使用的高斯滤波对图像进行去噪处理：

【权利要求】

1. 一种基于蒙特卡洛算法构建能量函数的碎纸图片拼接方法，其特征在于包括以下步 骤： 51、 将碎纸片扫描成二维灰度图片形式，获得(mXn)张，并用Matlab将图片信息读取 成矩阵息； 52、 基于蒙特卡洛算法利用Matlab随机函数randperm对上述生成的图片产生随机的、 不重复的mXη个图像碎片二维组合顺序； 53、 对mXn个碎片二维组合顺序作为拟生成的文件图片，基于均方根误差RMSE，计算 图片当中每幅图像与邻近图片即上、下、左、右的能量函数，然后求出所有图片能量函数的 和； 54、 对步骤S2进行10000次循环，并比较每次能量函数的大小，获取能量函数最小值； 55、 得出的最小值所对应的碎片位置即为最优的排列方式； 56、 通过多次大量的迭代，最小值逐渐收敛，获得最优值，即最佳拼图效果。

【文档编号】G06T5/50GK104091319SQ201410298442

【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日

【发明者】王晓峰, 苏盈盈, 王洪珂, 孙宝光, 白翔文 申请人:重庆科技学院