浅谈国画中的图像修复问题

秦桐

[摘 要]传统国画是中华传统的艺术瑰宝之一，为中华文明的传承与发展做出了不可磨灭的贡献。很多国画或是由于年代的远久，或是由于不妥善的保存以及运输、潮湿等其它因素的影响，或多或少有这样那样的损坏。本文对传统国画中出现的问题进行了分析和分类，并提出了一些图像修复的方法。

[关键词]国画；图像修复

中华民族悠久的历史，留下了丰富的文化遗产，传统国画就是其中之一。然而，很多传统国画或是由于年代的远久，或是由于不妥善的保存以及运输、潮湿等其它因素的影响，遭受到不同程度的损坏。如何保护传统国画、修复那些受到损坏的国画，就成为一个十分严峻的问题。图像修复是图像复原研究中的一个重要内容，也是数字图像处理的一个重要分支，它的目的是根据图像现有的信息来自动恢復丢失的信息，其可以用于旧照片中丢失信息的恢复、视频文字去除以及视频错误隐藏等。

一、国画的特点分析

中华民族五千年历史文化积累了大量经验知识，在数字存储技术出现之前，这些知识是记录在石头、纸张、竹简或者绢丝上，不易拷贝，却易因火灾、水灾等原因造成不可逆转的损毁。国画是用中国所独有的毛笔、水墨和颜料，依照长期形成的表现形式及艺术法则而创作出的绘画，中国字画可写在纸、绢、帛、扇、陶瓷、碗碟、镜屏等物之上。自发明纸之后，纸便成为国画的主要材质。由于国画一般是由水墨或水彩绘制而成，因此与自然图像相比，传统国画的颜色层次更加分明，因此也更容易区分前景和背景。一般来说，传统国画的背景会使用较轻的颜色，而前景会使用较重的颜色，因此前景和背景很容易区分。在对自然图像进行处理时，我们一般把图像分成纹理区和光滑区。而国画由于颜色层次分明，因而它的“光滑区”并不光滑，这也就促使我们在处理过程中并不能按照自然图像的一般处理方法来修复。由于国画作为艺术品具有很大的收藏价值，因此我们在修复过程中应尽量保持它的原创性，减少不必要的改动。其实这也是纯图像修复的一个基本原则，只是很多算法为了能有更好的效果，加入了许多人为的大胆猜想和假设，并不局限于纯图像修复。

二、国画中存在的修复问题

国画作为中华艺术的瑰宝，有其非常宝贵的艺术价值，因此许多作品经过历史的洗涤都能被很好的保存下来。但由于年代的久远以及保存过程中的各种因素，许多珍贵的国画还是在一定程度上受到了损坏，这些损坏主要有折痕、背景污染、颜色扩散等。

1. 折痕问题

这类问题主要在纸质国画和其它软质国画中出现。折痕问题主要是由于国画大多作于纸、绢等软质物体上，为了方便收藏一般都会将国画卷起来。但由于国画一般面积较大，有时也会因为某些原因而将它折叠起来，因此也就产生了折痕，折痕问题在国画中是一个很常见的问题。

2. 背景污损

在国画中背景污损和颜色扩散与一般自然图像有很大的差别，自然图像或照片的污损一般面积都比较小，常常都是小污点或细小污痕。但国画由于是用水彩颜料制作，而且它的材质一般是纸张，因此会由于保存时间的久远或受潮等原因而有大面积的背景污损和颜色扩散。特别是空气的潮湿使颜料墨汁向周围扩散而使画面变得模糊不清。

三、国画问题的修复方法

1. 折痕问题的修复

折痕是纸质传统国画最为常见的一种问题，它严重影响到人们对国画的欣赏。Criminisi算法是一种表现优良的基于样本的填充算法，我们将它应用到国画的修复中，取得了较好的修复效果。传统国画有其自身的特点，为了更好的修复传统国画中的划痕，对Criminisi算法作了一些改进，在运行修复算法前，对图像进行分割，用以指导纹理相似块的查找。图像分割有两种常用方法，K-均值分割方法及均值漂移（Mean-Shift）算法。Graph-Cut是一种用于解决能量最小化问题的常用方法，可以帮助算法获得更好的复制效果。而Art1fact检测则可以进一步消除修复图像中的错误。

2. 背景污损问题的修复

由于国画都由水墨颜料经人工绘制而成，因此很容易受潮湿等因素的影响而使颜料墨汁向周围扩散，产生大面积的背景污损和颜色扩散。我们经常使用图像移植的方法来解决传统国画中背景污染的问题，引导图像移植的是源图像区域的梯度。使用带Dirichlet边界条件的Poisson偏微分方程来解决目标图像区域的融合问题，求解Poisson方程使用的方法是高斯-塞德尔迭代法与共扼梯度法相结合的方法，将经过少数次高斯一塞德尔迭代法迭代获得的解作为共扼梯度法初值。由于高斯一塞德尔迭代法每次使用的都是新值，它能很快将区域边界的值扩散到区域中心，再使用共扼梯度法时能很快得到收敛的解。与传统的图像移植方法不同，本文所用的方法不要求源图像区域与目标区域一样大，如果源图像区域不够大，可以通过反射或纹理合成更大的区域。同时用图像移植的方法来实现背景替换，目标区域中包含部分需要保留的信息，这里，通过图像分割及设置种子点的方法在背景替换后恢复这部分图像信息

四、结语

随着数字图像处理技术的飞速发展，图像修复也越来越成为社会生活中不可缺少的一部分。传统国画由于年代的久远，遭受到这样那样的破坏。在这些破坏中，最常见的几种是国画中的折痕，背景污染问题。传统国画的修复问题，这只能算是图像修复中非常小的一个方面，但它的重要性却是不容忽视的。对于传统国画中存在的修复问题中，我们主要针对折痕和背景污染问题进行了研究，提出了相应有效的修复算法。

参考文献：

[1] 朱云芳.浙江大学博士学位论文.基于图像拼接的视频编缉.

[2] 欧志英，严克明，王柏岩.共扼梯度法和最速下降法的混合算法[J].甘肃工业大学学报，1999，25（l）：89一91