基于凹凸性和转向角的古陶瓷碎片二次匹配算法

作     者：刘鹏欢 周强 王莹 朱建锋 罗宏杰 王露 王甜 LIU Penghuan;ZHOU Qiang;WANG Ying;ZHU Jianfeng;LUO Hongjie;WANG Lu;WANG Tian

作者机构：陕西科技大学电气与控制工程学院陕西西安710021 陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021 地下文物保护材料与技术教育部重点实验室陕西西安710021 上海大学文化遗产保护基础科学研究院上海200444 

出 版 物：《计算机工程》 (Computer Engineering)

年 卷 期：2024年第50卷第9期

页      面：356-366页

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(62205191) 陕西省地下文物保护利用协同创新中心项目(22JY008) 

主　　题：碎片拼接 二次匹配算法 轮廓提取 凹凸性 转向角 粒子群优化 

摘      要：碎片拼接是古陶瓷修复的关键工作,针对古陶瓷碎片形状随机、数量大、表面纹理弱且存在局部缺损而导致算法的精度较低、匹配时间较长等问题,提出一种基于凹凸性和转向角的古陶瓷碎片二次配算法。在提取古陶瓷碎片轮廓曲线的基础上,通过先后使用粗匹配和细匹配的二次匹配组合实现碎片的两两精确匹配。一次粗匹配先通过多边形逼近碎片轮廓曲线,以降低轮廓的复杂性,再提取多边形的顶点凹凸性和顶点转向角构建一次轮廓特征集合,最后利用凹凸互补性和遍历顶点对齐的双模态特征初次匹配算法来寻找大致匹配段,并得到粗匹配点集。二次细匹配先随机选取粗匹配点集中的任意相邻两点点对来提取碎片轮廓片段,以减少轮廓点数量并提高算法效率,再计算轮廓片段的轮廓转向角以提取二次轮廓特征集合,最后利用基于粒子群优化的二次匹配来搜索精确匹配段,并得到细匹配点集。实验结果表明,该算法对二维古陶瓷碎片的拼接效果较好,且具有较强的鲁棒性,拼接误差不超过2%,运行时间效率相比已有算法提高了8%~20%。