謝靜安

(合肥職業(yè)技術學院 建筑工程學院，合肥 238000)

古建筑飾面顏色具有獨特的藝術風格和藝術價值，傳統(tǒng)的古建筑飾面顏色自動修復方法引入了一種保護性修復方法，解決古建筑飾面顏色修復的問題[1]。從修復技術層面上來說，該方法限制了保護性設計的重要因素，存在一定的缺失，為此，有許多建筑師開始深入研究自動修復技術。在本次研究中，針對傳統(tǒng)的古建筑飾面顏色自動修復方法存在的問題，提出基于虛擬色彩搭配的古建筑飾面顏色自動修復方法，利用虛擬色彩搭配技術恢復飾面顏色模板的周圍信息，在此基礎上，引入修補算法自動地恢復飾面顏色模板上受損的部分。該方法可以有效地修復古建筑飾面顏色。為保證自動修護效果不受其他因素影響，采取直接主動方式合理選擇古建筑吊頂飾的修復空間。在使用的過程中，要謹慎使用解體方法保證較長時間內都不用維修。在設計的過程中，考慮到需要將修復算法應用到自動修復中的各個階段，提出一種可靠性高的維護技術，自動生成程序補丁，有效修復錯誤。為驗證所提的基于虛擬色彩搭配的古建筑飾面顏色自動修復方法的合理性，設置對比實驗，證實所提方法有效性。具體實現(xiàn)過程如下。

1 古建筑飾面顏色空間補色

為能準確修復古建筑飾面顏色，先綜合評估古建筑飾面顏色綜合價值，根據(jù)不同價值等級，采用數(shù)據(jù)運算進行補色，具體評估過程見表1所示；

表1 古建筑飾面顏色綜合價值評估指標

評估結束后，使用虛擬色彩搭配法在飾面顏色上直接進行數(shù)據(jù)運算[2]。在增強過程中每個像素的處理都與其他像素無關，虛擬色彩搭配結束可描述為；

g(x,y)=f(x,y)×h(x,y)

(1)

其中，g(x,y)表示飾面顏色某個區(qū)域處理前的模板，f(x,y)表示飾面顏色某個區(qū)域處理后的模板，h(x,y)表示飾面顏色空間運算函數(shù)[3]。

在增強古建筑飾面顏色空間時，要計算飾面顏色圖像的變化系數(shù)。修正后，通過逆變換補色飾面顏色空間。虛擬色彩搭配法中有一種色彩環(huán)，在色彩環(huán)上，就可以直接補色，見圖1；

虛擬色彩搭配補色類似于灰度負值，在后續(xù)自動修復細節(jié)中很重要[4]。當補色效果不佳時，要運用色彩環(huán)校正。需要注意的是，每一個補色過程都會影響飾面顏色的修飾效果，故采用色彩環(huán)補色古建筑飾面顏色空間。

2 古建筑飾面顏色自動修復空間選擇

使用虛擬色彩搭配法補色飾面顏色空間，再選擇古建筑飾面顏色自動修復空間[5]。運用RGB 模型選擇古建筑飾面顏色自動修復空間。RGB 模型使用紅、藍、綠三個原色的亮度來定量表示顏色。通過疊加處理飾面顏色空間選擇修復通道。RGB 顏色空間立方體，見圖2所示：

當RGB 顏色空間上任何一個基色亮度值為0時，遠點處皆為黑色[6]。當紅、藍、綠這三個基色達到最亮度時，會呈現(xiàn)為成白色。由圖2可知，在黑色與白色的對角線上亮度會呈現(xiàn)灰色。為了不影響修復效果，需要選擇修復通道，解決交叉問題。先在圖像數(shù)據(jù)集中隨機挑選2 000個點，統(tǒng)計各個通道的相關性。這2 000個點均勻分布在主軸上，相比LMS空間更對稱，需要注意的是，這2 000個點的通道都是相互獨立的。若LMS空間變形就會破壞通道，所以需要在修復前，選擇對應的修復空間[7]。

第一步，與設備有直接關聯(lián)，可利用公式(2)選擇一個與設備無關的修復空間，表達式為:

(2)

其中，x、y、z表示LMS空間坐標，R、G、B表示x、y、z選擇后的修復坐標[8]。

第二步，應用公式(2)即可得到對應的飾面顏色修復空間。其他顏色的空間選擇，應用YUV 顏色模型選擇修復空間。YUV 顏色模型是通過損失色度信息選擇，該模型主要強調亮度信號和色度信號的分離，可以有效解決其他色彩兼容的問題[9]。YUV 顏色模型其他顏色自動空間選擇表達式為；

R+Y+1.14V

G=Y-0.39U-0,54V

(3)

B=Y+2.23U

其中，U表示YUV顏色空間，V表示色度分量。應用公式(3)選擇古建筑飾面顏色空間。

3 古建筑飾面顏色自動修復流程

使用虛擬色彩搭配法補色古建筑飾面顏色空間后，運用YUV 顏色模型和RGB 顏色模型選擇古建筑飾面顏色自動修復空間[10]。完成上述工作后，構建古建筑飾面顏色自動修復模型。具體實現(xiàn)過程如下：

運用K-L變換法將連續(xù)信號用一組不相關的系數(shù)表示，實際上是轉化坐標系的線性，由此，得到新坐標系。

設古建筑飾面顏色模板為，計算公式為:

mf=E{f}

(4)

其中，mf表示自相關函數(shù)，E表示矩陣的特征向量，f表示特征值。應用公式(4)構成一個W維空間上一個完全正交向量系，新的坐標系是由PCA特征空間給出的，特征向量是空間上某個點在這些坐標系中的投影[11]。為實現(xiàn)古建筑飾面顏色自動修復，采用自協(xié)方差函數(shù)，表達式為:

C(i,j)=E{(xi(k,l)-xi)}

(5)

其中，C表示對角化矩陣，j表示像素頻道值，i表示頻帶平均值，E表示取值范圍[12]。

在R、G、B上有三個頻帶，皆采用3×3協(xié)方差矩陣表示，在主分量分析的過程中數(shù)據(jù)之間是不相關的，當i≠j時，C(i,j)等于0[13]。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)變換，加強數(shù)據(jù)間的相關性。具體處理步驟如下：

第一步，在PCA特征空間中找到分布點均值。

第二步，減去相應的頻帶上的灰度均值，將PCA坐標系的中心轉移到分布中心。

第三步，求出對角化矩陣后，要依次按照大小排列，將相應的特征向量作為行，即可得到特征矩陣。

使用主分量分析法將得到的特征矩陣換成公式(6):

Y=A(X-μ)

(6)

其中，X表示修復輸出色，A表示特征向量，Y表示主分量獨立空間矯正彩色向量。將得到后的模板進行像素匹配。

為了將彩色信息填充到飾面上，要將目標灰度圖中的每個像素與彩色源像素匹配,使匹配結果達到最佳[14]。運用Welsh 算法，計算公式;

(7)

其中，Err表示匹配誤差，△L表示修復空間像素亮度差，△D表示修復空間亮度值標準差。Err值越小，兩個修復空間修復效果越好。依據(jù)虛擬色彩搭配理論決定修復空間的通道。在修復的過程中，要單獨匹配每個通道的像素和彩色源像素[15]。

基于虛擬色彩搭配的古建筑飾面顏色自動修復流程，見圖3：

運用PCA特征空間轉換x、y、z坐標，得到一個新的坐標系，再運用公式(6)映射顏色空間亮度，最后，按照掃描線的順序修復飾面顏色模板的周圍信息。

由此，完成基于虛擬色彩搭配的古建筑飾面顏色自動修復方法的設計。

4 實驗分析

為了驗證所提方法設計的合理性。通過對比傳統(tǒng)方法對古建筑飾面顏色進行修復，具體過程如下所示。

4.1 實驗樣本

在實驗中，選用一張原始古建筑的圖像，對比傳統(tǒng)古建筑飾面顏色自動修復方法，原始圖像如圖4所示。

如圖4所示，延時古建筑飾面由于時間久遠，顏色褪色嚴重，多以黑、白、灰為主色調。

4.2 實現(xiàn)過程

采用先進的自動修復技術所得的古建筑吊頂飾面自動修復。

第一步，顏色空間亮度重映射。在色彩空間增強時，圖像各項亮度分布情況會對匹配結果造成很大的影響。因此，在匹配前，要進行亮度重映射，保證亮度重映射形狀與顏色亮度分布的一致性，這樣可以有效減少色彩匹配產生的誤差。

第二步，匹配顏色空間每個像素的亮度像素，保證每個像素亮度與目標圖像亮度均值相接近。

第三步，傳輸源圖像色彩空間的目標灰度圖，每個像素都要與彩色空間中的像素匹配。

第四步，計算源顏色空間與目標顏色空間亮度偏差。

第五步，檢測兩種方法飾面顏色修復效果。

由此，完成本次設計。

4.3 實驗結果分析

對比基于虛擬色彩搭配的方法與傳統(tǒng)方法最終修復效果，具體如圖5所示；

圖5所示，所提方法自動修復完整度更高、修復效果較為理想。而采用傳統(tǒng)方法自動修復完整度不高，出現(xiàn)許多殘缺部分。由此，說明所提方法實際應用性更高。

5 結語

針對傳統(tǒng)的古建筑飾面顏色自動修復方法存在的問題，提出基于虛擬色彩搭配的古建筑飾面顏色自動修復方法。先增強古建筑飾面顏色空間，再選擇自動修復空間，在此基礎上，設計基于虛擬色彩搭配的古建筑飾面顏色自動修復流程。完成上述工作后，設置對比實驗，驗證所提方法設計的合理性。實驗中分別對比兩個方法的修復完整度。實驗結果表明，所提方法修復完整度更高，符合設計需求。但在實驗中發(fā)現(xiàn)，本次提出的自動修復方法在顏色空間增強上相對薄弱，需要進一步研究，采用不同的技術提高古建筑飾面顏色空間的增強效果。