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时间:2019-02-03
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1、碎纸片的拼接复原摘要本文讨论了三种情况下的碎纸片复原问题。通过聚类分析、灰度匹配、人工干预的方法,借助MATLAB软件,建立三个数学模型,分别给出了三个问题的解决方案。针对问题一的情形,我们建立了边缘识别模型。首先,将图像像素映射成灰度矩阵,然后利用灰度矩阵边缘特征的相关匹配原理,用MATLAB软件提取每个矩阵的左右边缘信息,并对二值化的图像进行相似匹配。最后,利用迭代数列函数找出所求碎片的排列顺序,对附件1及附件2给出的碎片各拼接成一张完整图片。针对问题二的情形,建立了基于文字特征的模式识别模型。通过研究碎纸片内文字行特征,提出了基于碎片文字行特征的碎片拼接算法。如果碎片内的文
2、字行在碎片边缘断裂,那么与它相邻的碎纸片在边缘处一定有相同高度、相同间距的文字行或表格,因而可以很容易地从形状相似的多碎片中挑选出相邻碎片。其方案是先运用MATLAB软件对209个碎片进行聚类分析,共分成11类,然后利用问题一的方法对每一类的碎片进行拼接,最后对附件3及附件4给出的碎片各拼接成一张完整图片。针对问题三的情形,建立基于文字特征的双模式匹配模型。首先基于问题二,根据碎纸片内英文文字的行特征,进行两次边缘识别检索,分别检索出a面和b面,然后通过人工干预进行匹配,最终得出正反面碎纸片的排列顺序。为了检验所建立的模型对碎片拼接复原的效果,对模型进行了灵活性检验和误差分析,做
3、出了优缺点评价以及可行性建议。关键词:碎纸片拼接模式识别边缘匹配聚类分析一、问题重述11破碎文件的拼接在司法物证复原、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。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。特别是当碎片数量巨大,人工拼接很难在短时间内完成任务。随着计算机技术的发展,人们试图开发碎纸片的自动拼接技术,以提高拼接复原效率。请讨论以下问题:1.对于给定的来自同一页印刷文字文件的碎纸机破碎纸片(仅纵切),建立碎纸片拼接复原模型和算法,并针对附件1、附件2给出的中、英文各一页文件的碎片数据进行拼接复原。如果复原过程需要人工干预,请写出干预方式及干预的时
4、间节点。复原结果以图片形式及表格形式表达(见【结果表达格式说明】)。2.对于碎纸机既纵切又横切的情形,请设计碎纸片拼接复原模型和算法,并针对附件3、附件4给出的中、英文各一页文件的碎片数据进行拼接复原。如果复原过程需要人工干预,请写出干预方式及干预的时间节点。复原结果表达要求同上。3.上述所给碎片数据均为单面打印文件,从现实情形出发,还可能有双面打印文件的碎纸片拼接复原问题需要解决。附件5给出的是一页英文印刷文字双面打印文件的碎片数据。请尝试设计相应的碎纸片拼接复原模型与算法,并就附件5的碎片数据给出拼接复原结果,结果表达要求同上。【数据文件说明】(1)每一附件为同一页纸的碎片数
5、据。(2)附件1、附件2为纵切碎片数据,每页纸被切为19条碎片。(3)附件3、附件4为纵横切碎片数据,每页纸被切为11×19个碎片。(4)附件5为纵横切碎片数据,每页纸被切为11×19个碎片,每个碎片有正反两面。该附件中每一碎片对应两个文件,共有2×11×19个文件,例如,第一个碎片的两面分别对应文件000a、000b。【结果表达格式说明】(5)复原图片放入附录中,表格表达格式如下:(6)附件1、附件2的结果:将碎片序号按复原后顺序填入1×19的表格;(7)附件3、附件4的结果:将碎片序号按复原后顺序填入11×19的表格;(8)附件5的结果:将碎片序号按复原后顺序填入两个11×1
6、9的表格;(9)不能确定复原位置的碎片,可不填入上述表格,单独列表。二、模型假设与符号说明2.1模型假设结合本题实际,为了保证模型求解的准确性和合理性,我们排除了未知因素的干扰,提出了以下三点假设:[1]碎纸机破碎纸片时对印刷文字无磨损;[2]假设纸张为完整的一张纸,且页边距部位零[3]人工干预不对所建立的模型或函数造成误差,也不会对碎纸片数据造成影响;[4]印刷文字规格均相同,不存在文件中出现不同种类文字的现象;2.2符合说明11A一维数组B一维数组数组B中的第J个元素第i块碎纸片的灰度矩阵第i块碎纸片灰度矩阵的首末两列对二值化处理后的矩阵最首列的末列K值三、问题分析与模型建立
7、3.1针对问题一建模3.1.1问题一分析当碎片数量巨大,人工拼接很难在短时间内完成任务,我们考虑利用计算机实现碎纸片的自动拼接或识别,将碎纸片数字化。通过MATLAB软件编程[1]可以很好地实现这样的转化。利用MATLAB将图像转换成灰度矩阵,再对灰度矩阵进行二值化的数据处理,这就是实现碎纸片利用计算机处理而得到拼接复原的基本思想,之后根据具体问题做出相应处理。3.1.2建立模型I第一步:将附件一中的图片利用MATLAB进行图像想数字的转化,将图片批量导入之后再分析附件一中的图片
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