成新越，全華鳳，宋艷，韋琴，熊大琴，李玉霞

（貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

0 引言

苗族是一個(gè)只有語(yǔ)言沒有文字的民族，蠟染圖案成為他們記錄和傳承苗族文化的重要載體。然而，目前貴州苗族蠟染的應(yīng)用逐漸衰微，大部分蠟染文化產(chǎn)品只具有單一的收藏和陳列價(jià)值，蠟染文化的傳承和發(fā)展面臨著較大的困難和挑戰(zhàn)。本文在對(duì)蠟染圖像進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上，挖掘其中蘊(yùn)含的文化內(nèi)涵和藝術(shù)特點(diǎn)，并將其應(yīng)用于圖像庫(kù)的建立和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，為蠟染文化的傳承和保護(hù)提供一種思路。

1 苗族蠟染

蠟染是一種古老而精湛的手工繪染藝術(shù)，其歷史可以追溯到秦漢時(shí)期。在古代蠟染又稱“蠟纈”，是一種把蠟作為防染劑用于防染的傳統(tǒng)手工印染技藝，和“夾纈”“絞纈”“灰纈”并稱四纈[1]。在蠟染的制作過(guò)程中，首先在織物表面用蠟刀繪制出圖案，再經(jīng)過(guò)染色和去蠟處理，得到精美的蠟染紋樣。

苗族蠟染作為中國(guó)傳統(tǒng)織染文化的代表之一，在民間得到了廣泛的流傳和發(fā)展，并有“東方第一染”的美譽(yù)[2]。貴州苗族蠟染常應(yīng)用于苗族人民的服飾和裝飾品上，具有圖案豐富、色彩素雅、寓意美好等特點(diǎn)，是我國(guó)民間傳統(tǒng)文化瑰寶。

2 苗族蠟染圖像的獲取和處理

2.1 蠟染圖像獲取

本文通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和實(shí)地2種途徑獲取苗族蠟染原始圖像。在互聯(lián)網(wǎng)中，主要通過(guò)使用自行編寫的Python 爬蟲代碼從百度和谷歌圖片等搜索引擎中獲取圖像。爬蟲代碼的核心組件包括：①網(wǎng)頁(yè)請(qǐng)求。爬蟲程序發(fā)送HTTP 請(qǐng)求到目標(biāo)網(wǎng)頁(yè)，獲取網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容。②網(wǎng)頁(yè)解析。獲取網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容后，解析HTML提取所需數(shù)據(jù)。③數(shù)據(jù)提取。根據(jù)預(yù)定的規(guī)則，從解析后的網(wǎng)頁(yè)中提取所需數(shù)據(jù)。④數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。將提取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地文件。在實(shí)地走訪收集方面，通過(guò)赴貴州黔東南地區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，運(yùn)用攝像機(jī)實(shí)拍的方式，成功收集了1 000余張真實(shí)的苗族蠟染原始圖案。收集到的部分蠟染圖像如圖1所示。

圖1 蠟染圖像

2.2 蠟染圖像處理

由于收集的蠟染圖像存在色彩失真、對(duì)比度不足、背景干擾等問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)行處理，以提高圖像的可用性和質(zhì)量。在處理過(guò)程中，本文采用了顏色空間轉(zhuǎn)換、圖像降噪、圖像增強(qiáng)、形態(tài)學(xué)處理、圖像分割和圖像校正等方法。

1）顏色空間轉(zhuǎn)換

顏色空間轉(zhuǎn)換也稱為灰度化處理，顏色空間轉(zhuǎn)換方法主要有分量法、最大值法、平均值法和加權(quán)平均值法等。分量法是用RGB 三個(gè)分量中的某一分量作為該點(diǎn)的灰度值，其計(jì)算公式如下：

最大值法是將彩色圖像中的三分量亮度的最大值作為灰度圖的灰度值，其計(jì)算公式如下：

平均值法是將彩色圖像中的三分量亮度求平均得到灰度圖的灰度值，其計(jì)算公式如下：

加權(quán)平均法是根據(jù)某種條件，將三個(gè)分量以不同的權(quán)值進(jìn)行加權(quán)平均，加權(quán)平均是平均值法的一個(gè)特殊情況，其計(jì)算公式如下：

利用Python實(shí)現(xiàn)圖像灰度化處理，得到結(jié)果如圖2所示。

圖2 圖像灰度化

根據(jù)圖2可以看出，利用分量法、最大值法、平均值法、加權(quán)平均值法灰度化圖像，其中效果最好的為加權(quán)平均值法。

2）圖像降噪

本文采用中值濾波器來(lái)降低蠟染圖像中的噪聲，使圖像更清晰、細(xì)節(jié)更豐富。中值濾波是一種非線性濾波方法，其工作原理如下：對(duì)于圖像中的每個(gè)像素，選擇以該像素為中心的鄰域，一般使用方形鄰域或圓形鄰域。然后，將鄰域中的像素灰度值進(jìn)行排序，取其中間值作為中心像素的新灰度值。通過(guò)適當(dāng)選擇濾波窗口的大小，可以平衡去噪效果和保留圖像細(xì)節(jié)的需求[3]。中值濾波處理過(guò)程如圖3所示。

圖3 中值濾波處理過(guò)程

中值濾波的計(jì)算如下：

式中，f(x)表示原始圖像；g(x)表示處理后的圖像；W為二維模板，通常為2×2、3×3區(qū)域，也可以是不同的形狀，如線狀、圓形等；k和l分別是窗口大小和當(dāng)前位置。

利用Python 實(shí)現(xiàn)利用中值濾波對(duì)圖像進(jìn)行降噪處理得到如圖4所示。

圖4 圖像降噪

3）圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是一種通過(guò)調(diào)整圖像的屬性和特征，以提高其質(zhì)量、對(duì)比度和可視化效果的技術(shù)[4]。本文采用了多種圖像增強(qiáng)方法，如直方圖均衡化、對(duì)比度拉伸和銳化等，以突出蠟染的顏色、形狀等特征。

在直方圖均衡化的過(guò)程中，首先計(jì)算原始圖像直方圖的概率密度：

式中，rk表示第k個(gè)灰度級(jí)（k=0,1,2…255）；nk表示圖像中灰度級(jí)為rk的像素個(gè)數(shù)；N表示圖像中像素的總個(gè)數(shù)；P(rk)為圖像中第k個(gè)灰度級(jí)占總像素?cái)?shù)的比。

其次，通過(guò)灰度變換函數(shù)T計(jì)算新圖像灰度級(jí)的概率密度，新圖像灰度級(jí)的概率密度是原始圖像灰度級(jí)概率密度的累積。

最后，計(jì)算新圖像的灰度值：

式中，L為圖像灰度級(jí)的最大灰度級(jí)。

利用Python 實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理得到結(jié)果如圖5所示。

圖5 圖像增強(qiáng)

根據(jù)圖5(c)和(d)可以很明顯看出，增強(qiáng)后得到的直方圖更加均衡，同時(shí)，直方圖對(duì)應(yīng)的圖像質(zhì)量也更好。

4）形態(tài)學(xué)處理

圖像形態(tài)學(xué)也稱為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，通過(guò)分析圖像的形狀和結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行圖像處理和優(yōu)化。在蠟染圖像處理中，形態(tài)學(xué)技術(shù)可以用于去除噪聲和增強(qiáng)圖像質(zhì)量。膨脹和腐蝕是圖像形態(tài)學(xué)最基本的操作，膨脹操作可以擴(kuò)大圖像中物體的邊緣范圍，并填充物體內(nèi)的空洞和斷裂，從而增強(qiáng)物體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)[5-6]。腐蝕操作與膨脹相反，它可以縮小物體的邊緣范圍，并消除圖像中的噪聲和毛刺等。圖像形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算如下：

式中，element 為結(jié)構(gòu)元；(x,y)為錨點(diǎn)O 的位置；x'和y'為結(jié)構(gòu)元取值為1 的像素相對(duì)錨點(diǎn)O 的位置偏移；src表示原圖；dst表示結(jié)果圖；f表示原圖；s表示結(jié)構(gòu)元；?為膨脹操作；⊕為收縮操作。

利用Python 實(shí)現(xiàn)形態(tài)學(xué)處理中的膨脹、腐蝕、開運(yùn)算和閉運(yùn)算，得到結(jié)果如圖6所示。

圖6 圖像灰度化形態(tài)學(xué)處理

5）圖像分割

在蠟染圖像中，由于蠟染圖案與背景在顏色、亮度等方面存在明顯區(qū)別，因此它們之間的邊緣輪廓相對(duì)清晰。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分割，本文采用基于邊緣的檢測(cè)的圖像分割。然而，在少部分蠟染圖像中，仍然存在邊緣模糊的情況。為了凸顯圖案與背景之間的分割線，使用Canny 算法進(jìn)行輪廓檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)分割[7]。Canny算法的步驟如下：

①采用高斯濾波器去除圖像中的噪聲。高斯濾波函數(shù)為下：

式中，σ是高斯濾波器的空間尺度系數(shù)，控制平滑圖像的擴(kuò)展。

②計(jì)算高斯濾波器的導(dǎo)數(shù)。計(jì)算出每個(gè)像素點(diǎn)的梯度幅值和方向，即為圖像像素的梯度，得到沿x和y維度的幅度。梯度計(jì)算公式如下：

式中，G為梯度幅值圖像；θ為梯度方向的圖像；Gx為在x方向的梯度；Gy為在y方向的梯度。

③非極大值抑制?？紤]垂直于給定邊緣方向的任何曲線的一組鄰居，保留其沿著梯度方向的局部最大值，其他的像素值設(shè)為0。

④使用滯后閾值方法保留高于梯度幅值的像素，忽略低于閾值的像素。將梯度幅值圖像中的像素點(diǎn)分為強(qiáng)邊緣、弱邊緣和非邊緣三類。一般采用高低閾值比例為3:1或者2:1。利用強(qiáng)邊緣像素點(diǎn)的連通性，將弱邊緣像素點(diǎn)與其相鄰的強(qiáng)邊緣像素點(diǎn)連接起來(lái)，得到最終邊緣圖像。

利用Python 實(shí)現(xiàn)基于canny 算法的圖像分割處理，得到結(jié)果如圖7所示。

圖7 圖像分割

6）圖像校正

一般在對(duì)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行分析和檢測(cè)時(shí)，往往目標(biāo)具有一定的傾斜角度，自然環(huán)境中正面向目標(biāo)實(shí)際是很少的，將這些傾斜的目標(biāo)“扶正”的過(guò)程叫作圖像校正。本文首先通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣，然后進(jìn)行透視變換。

透視變換的本質(zhì)是將圖像投影到一個(gè)新的視平面，其通用變換公式如下：

式中，（u，v）為原始圖像像素坐標(biāo)，x=x'/w'、y=y'/w'為變換之后的圖像像素坐標(biāo)。

利用Python 實(shí)現(xiàn)圖像校正處理，得到結(jié)果如圖8所示。

圖8 圖像校正

3 苗族蠟染紋樣內(nèi)涵挖掘

苗族蠟染紋樣不僅僅是苗族人民對(duì)祖先、自然和生殖崇拜的載體，同時(shí)也是他們圖騰崇拜的具體體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)根據(jù)蠟染紋樣的特征，可以將其分為動(dòng)物紋、植物紋和幾何紋三類。

3.1 動(dòng)物紋

在苗族蠟染紋樣中，動(dòng)物紋樣占據(jù)了很重要的位置。其中，蝴蝶、龍和鳥是最常見的動(dòng)物紋樣。蝴蝶紋樣在苗族蠟染藝術(shù)中具有重要的地位，它源于苗族古歌中的一個(gè)傳說(shuō)，據(jù)傳苗族的祖先姜央從蝴蝶化身而來(lái)。因此苗族人民對(duì)蝴蝶懷有深厚的崇拜和喜愛，并將其視為祖先的象征之一[8]。如圖9所示，蝴蝶紋樣不僅是對(duì)生殖的崇拜，更是對(duì)祖先的熱愛和崇拜。龍?jiān)诿缱逦幕斜灰暈槟芰Ψ欠驳募槲铩｝埣y常與植物和動(dòng)物一起出現(xiàn)，表現(xiàn)了龍與人和自然之間的和諧共生。鳥紋在苗族蠟染文化中有著悠久的歷史，并被賦予了吉祥的象征意義。苗族人民視鳥為傳遞祝福和吉祥的使者，表達(dá)了苗族人民對(duì)自然的崇拜之情。

圖9 蠟染動(dòng)物紋樣

3.2 植物紋

苗族蠟染圖像中的植物紋樣非常豐富，大部分作為輔助紋樣出現(xiàn)在圖像中。其中最常見的植物紋樣包括楓葉紋、梨花紋和石榴紋，如圖10所示。

圖10 蠟染植物紋

楓葉紋美麗素雅，是苗族人民最崇拜的植物圖騰之一。楓葉紋蘊(yùn)含了苗族人民對(duì)祖先和自然的崇拜。

在苗族文化中，梨花被視為希望[9]。在各種傳統(tǒng)節(jié)日和重要儀式中，給人一種清新雅致、充滿生機(jī)的感覺，表達(dá)了苗族人民對(duì)自然崇拜之情。

石榴多子與苗族的生殖崇拜不謀而合。從紋樣來(lái)看，石榴紋主要由點(diǎn)、線、面構(gòu)成，因此表達(dá)了苗族人民自然和生殖的崇拜。

3.3 幾何紋

蠟染紋樣中的幾何紋與其他紋樣的隨意性不同，它展現(xiàn)出一種秩序美。如圖11所示，苗族婦女用三角紋表示太陽(yáng)的光芒，或代表苗族先人遷徙過(guò)程中的群山峻嶺；波浪紋和漩渦紋象征著河流，銅鼓紋代表苗族先民太陽(yáng)崇拜[10]。這些紋樣都是對(duì)自然界的抽象，得到的智慧結(jié)晶。

圖11 蠟染幾何紋

4 苗族蠟染圖像庫(kù)的建立

4.1 圖像分類標(biāo)注

根據(jù)蠟染文化內(nèi)涵的探究，對(duì)本文上述所處理的圖像進(jìn)行分類和貼標(biāo)簽。

分析所獲得的圖像含有的關(guān)鍵特征，包括圖像中的紋樣類型和顏色等特征，為下一步多標(biāo)簽標(biāo)注做準(zhǔn)備。本文選取了紋樣類型、顏色以及紋樣的主體作為關(guān)鍵特征，對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)注分類。

根據(jù)分析的特征進(jìn)行多標(biāo)簽標(biāo)注，形成圖像與特征標(biāo)簽的非線性映射。具有相同標(biāo)簽的圖像可以幫助設(shè)計(jì)師更好地分析該特征，并學(xué)習(xí)如何在自己的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)該特征，也可以通過(guò)標(biāo)簽獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。如圖12的石榴紋，石榴紋的內(nèi)部是鳥紋的圖像，圖像的紋樣類型有2類，分別為石榴紋和鳥紋，圖像的色彩通常有兩種系列，顏色多為藍(lán)色系和白色系。

圖12 蠟染圖像的標(biāo)注（作者自繪）

4.2 圖像庫(kù)的建立

通過(guò)圖像處理后，最終得到高質(zhì)量的圖片共有800 多張。本文根據(jù)苗族蠟染的文化內(nèi)涵、紋樣特征和色彩搭配，對(duì)每張圖像的紋樣和色彩進(jìn)行了整理和標(biāo)注?；诖?，本文構(gòu)建了苗族蠟染圖像庫(kù)。該圖像庫(kù)的編碼采用了多級(jí)分類編碼方式，一級(jí)類別為紋樣類別，分別為植物紋、動(dòng)物紋和幾何紋，在植物紋下細(xì)分為自然崇拜、生殖崇拜和祖先崇拜，在動(dòng)物紋下也細(xì)分為自然崇拜、生殖崇拜和祖先崇拜，幾何紋下的細(xì)分亦是如此。

圖像庫(kù)的存儲(chǔ)方式，以圖12為例，首先，根據(jù)圖像的紋樣類型進(jìn)行劃分，分別有動(dòng)物紋和植物紋，然后分析該紋樣的寓意，植物紋為石榴紋，動(dòng)物紋為鳥紋，根據(jù)石榴紋和鳥紋承載著苗族人民對(duì)自然和生殖的崇拜之情，由于該圖像中的主體為石榴紋，所以可將該圖像存放在植物紋中生殖崇拜類別中。

5 基于圖像庫(kù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

蠟染工藝延續(xù)千百年，在苗族手工藝人中代代相傳。盡管蠟染紋樣眾多，但現(xiàn)有的設(shè)計(jì)產(chǎn)品過(guò)于單一，大部分只具有展示和收藏的價(jià)值，這嚴(yán)重限制了消費(fèi)者的購(gòu)買欲望。因此，本文考慮將蠟染紋樣應(yīng)用于家居、飾品等實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品中，將現(xiàn)代產(chǎn)品與蠟染相結(jié)合。值得注意的是，在蠟染的應(yīng)用中，必須考慮紋樣蘊(yùn)含的意義，避免設(shè)計(jì)出寓意與產(chǎn)品不匹配的設(shè)計(jì)。因此，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)需求，在圖像庫(kù)中搜索紋樣和寓意，可以得到對(duì)應(yīng)的圖像，再根據(jù)圖像中的紋樣來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

圖13 為家具中的地毯設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將銅鼓紋樣化繁為簡(jiǎn)，刪除了輔助圖案和次要元素。圖13(a)保留了銅鼓紋的中心紋樣——太陽(yáng)紋，而圖13(b)則是以簡(jiǎn)潔為設(shè)計(jì)理念，只保留了銅鼓紋樣中的圓環(huán)圖案。

圖13 蠟染裝飾產(chǎn)品展示（作者自繪）

圖14為飾品中的戒指和手串設(shè)計(jì)，采用了蠟染中的蝴蝶紋作為設(shè)計(jì)元素的，通過(guò)簡(jiǎn)化提取和抽象變形的方式，使用精煉、概括的線條勾勒出蝴蝶紋樣，并應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

圖14 蠟染裝飾產(chǎn)品展示（作者自繪）

6 結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新應(yīng)用不僅關(guān)乎產(chǎn)品的發(fā)展，更是一種對(duì)瀕臨消亡的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的拯救。苗族蠟染這一傳統(tǒng)技藝面臨著文化認(rèn)同度下降和推廣難度上升等困境。如何有效地傳承和保護(hù)這一技藝已成了當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題。為了更好地推廣和應(yīng)用苗族蠟染這一文化遺產(chǎn)，本文在收集和處理大量苗族蠟染圖像的基礎(chǔ)上，以蠟染紋樣的文化內(nèi)涵為切入點(diǎn)，將處理好的圖像和蠟染紋樣內(nèi)涵對(duì)應(yīng)，存儲(chǔ)在一個(gè)圖像庫(kù)中。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，在圖像庫(kù)中檢索對(duì)應(yīng)的圖像，使傳統(tǒng)紋樣與現(xiàn)代產(chǎn)品相結(jié)合，為貴州苗族蠟染的保護(hù)和傳承提供新的思路和方向。這種結(jié)合的方法既尊重了傳統(tǒng)文化的價(jià)值，也使得苗族蠟染能夠與現(xiàn)代社會(huì)相契合，煥發(fā)出新的生命力。