王帆

摘 要：圖書內(nèi)容的電子化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展就是圖書資料的數(shù)字化過程，圖書資料實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化之后，就會(huì)存儲(chǔ)在專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)中，讀者只需要通過網(wǎng)絡(luò)就可以在線閱讀或者下載，文章闡述了圖形模式識(shí)別技術(shù)在數(shù)字圖書資料修復(fù)中的應(yīng)用情況，即通過對(duì)圖書資料進(jìn)行掃描、二值化和圖像的重建等方法對(duì)不清晰的圖形進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書資料的數(shù)字化處理。

關(guān)鍵詞：圖像模式識(shí)別；數(shù)字圖書；資料修復(fù)；

1圖書數(shù)字化處理的基本要求

圖書資料的數(shù)字化是圖書內(nèi)容的電子化和網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的圖書資料脫離了傳統(tǒng)的媒介載體———紙質(zhì)材料。圖書經(jīng)數(shù)字化處理后，存儲(chǔ)于專業(yè)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，讀者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線閱讀。在我國(guó)，當(dāng)前以“清華同方”、“維普資訊”的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與使用為代表；大量的傳統(tǒng)圖書已被制成以光盤為主要存貯形式的電子圖書，如書生之家；“數(shù)字圖書館”（“虛擬圖書館”）的建設(shè)和發(fā)展等都離不開圖書的數(shù)字化處理這一關(guān)鍵技術(shù)。雖然這兩種媒介（網(wǎng)絡(luò)媒介和紙質(zhì)媒介）表達(dá)文獻(xiàn)的方式不一樣，但都是同樣內(nèi)容的呈現(xiàn)，圖書數(shù)字化的基本要求是經(jīng)處理后，電子圖書能客觀地再現(xiàn)紙質(zhì)圖書的原有真實(shí)內(nèi)容。

2傳統(tǒng)修復(fù)過程中存在的問題

對(duì)圖書資料進(jìn)行數(shù)字化處理，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，即將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)；而后，會(huì)顯示出一個(gè)長(zhǎng)方形方框；對(duì)這個(gè)長(zhǎng)方形方框進(jìn)行圖像預(yù)處理之后，就要對(duì)區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行模式識(shí)別。通過這種方法能將圖書資料中的文字清晰而又準(zhǔn)確地反映出來，為圖書資料的修復(fù)提供參考意見。這一系列過程完成之后，就可以實(shí)現(xiàn)圖書和檔案的數(shù)字化。目前，二值化方法是圖書數(shù)字化中使用最多的方法。因?yàn)樵跀?shù)字圖書資料的修復(fù)過程中，需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而使用二值化的方法就能滿足這種需求。二值化方法具有工作效率高的特點(diǎn)，這也是其最大的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字圖書資料經(jīng)過二值化的處理之后，所得到圖像的對(duì)比度會(huì)高于原有圖書資料中的圖像，給識(shí)別和閱讀提供方便的同時(shí)也會(huì)帶來一些新的問題，例如：二值化處理會(huì)使原來圖像中本來就不清晰的部分字符變得更加模糊，不能進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。這個(gè)問題不能解決，就會(huì)給圖書資料的數(shù)字化工作帶來巨大的負(fù)面影響。如果連數(shù)字化處理的基本要求都無法達(dá)到，就會(huì)迫使圖書管理人員放棄對(duì)這一部分資料進(jìn)行修復(fù)。此外，通過圖像采集系統(tǒng)攝入的圖像通常都會(huì)自動(dòng)生成BMP格式并存放在計(jì)算機(jī)中，但計(jì)算機(jī)顯示出來的卻是灰度圖像。在各種因素的影響下，圖像會(huì)出現(xiàn)模糊，筆畫斷開、粗細(xì)不均衡等現(xiàn)象，而且圖像中大量孤立噪聲的存在，也會(huì)使提取字符的難度加大。針對(duì)數(shù)字圖書資料修復(fù)中存在的這些問題，筆者在傳統(tǒng)二值化處理的基礎(chǔ)上，引用了局部二值化的處理方法，主要是為了對(duì)不清晰的數(shù)字圖書資料進(jìn)行修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)圖書資料的數(shù)字化。

3模式識(shí)別技術(shù)的原理及方法分析

模式識(shí)別指的是對(duì)表征現(xiàn)象或事物的各種形式的信息進(jìn)行分析和處理，以達(dá)到對(duì)現(xiàn)象或事物進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類及解釋的一系列過程。

3.1局部二值化的原理

局部二值化就是將大塊圖像分割為若干個(gè)小塊圖像，分別對(duì)各個(gè)小圖像進(jìn)行二值化，進(jìn)而形成完整的二值化圖像。講二值化的問題分解為“分割”、“塊副二值化”及“合并”三個(gè)步驟來進(jìn)行，以達(dá)到對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理的目的。

3.2圖像分塊的確定

在圖像分割時(shí)，將圖像分割成正方形和矩形，首先將圖像進(jìn)行若干正方形的分割，其余的部分也就形成了若干的小矩形，閾值選取方法的普適性與時(shí)間開銷是息息相關(guān)的。

4數(shù)字圖書資料的修復(fù)方法

圖書資料的數(shù)字化過程中，經(jīng)掃描得到的圖像要經(jīng)過圖像預(yù)處理、提取圖像中的字符信息、圖像局部的二值化處理等過程，圖像局部的二值化是圖書資料修復(fù)過程的關(guān)鍵。

4.1圖像預(yù)處理

在圖書或檔案數(shù)字化過程中，由于掃描系統(tǒng)（如CCD攝像頭）、光電轉(zhuǎn)換裝置、工作環(huán)境（光）等因素，常常導(dǎo)致圖像不均勻、對(duì)比度不足等問題，使圖像的清晰度差、還原度和可視性降低；另外由于光電敏感元件載荷粒子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲、傳輸通道的干擾等原因，數(shù)碼化后的灰度圖像含有一定的噪聲，因此，在圖書、檔案圖像二值化前，要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)前主要采取的措施有：灰度變換和平滑濾波?；叶茸儞Q是對(duì)圖像像素灰度值進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)圖像處理后成像均勻，對(duì)比度飽和；平滑濾波是在圖像處理中，在平滑圖像中的加性噪聲。

4.2圖像中字符信息的提取

采集系統(tǒng)攝入的是24位的灰度圖像，其有224（16777216）個(gè)灰度等級(jí)。圖像上的點(diǎn)（x，y）的灰度值設(shè)為f（x，y）。對(duì)此灰度圖像進(jìn)行二值化就是將圖像轉(zhuǎn)換為只有兩個(gè)等級(jí)（黑、白）的二值圖像。依據(jù)圖像區(qū)域的相似性和不連續(xù)性，取圖像灰度平均值為閾值N，二值化處理可表示為：

小的點(diǎn)，其值設(shè)置為1。像素的集合為背景區(qū)域；小于或等于此閾值N的像素設(shè)置為黑，像素值為1，這樣就得到了只有黑白兩色的二值圖像，將圖書檔案中的字符信息就凸顯了出來。數(shù)字圖書資料的背景色一般為淺色，字符為深色，多數(shù)情況下，紙質(zhì)圖書資料的背景為白色、字符為黑色，因此，采用紙質(zhì)圖書資料的24位位圖，像素點(diǎn)的亮度作為灰度等級(jí)值。

通常采用圖像的二值化方法是把整個(gè)圖像亮度的平均值N作為閾值。當(dāng)局部顏色較淺時(shí)，字符信息和背景的亮度都大于N，二值化后，這部分的值都為0，全部都將被視為背景上的點(diǎn)，這樣很容易丟失圖書資料中退色的部分信息。為了解決這個(gè)問題，文獻(xiàn)提出了圖像全局均值和局部方差方法、文獻(xiàn)提出了小波分析法，在文獻(xiàn)中，先采用開關(guān)中值濾波消除噪聲干擾，然后利用迭代算法實(shí)現(xiàn)圖像的二值化分割。這些方法都涉及復(fù)雜的計(jì)算，在此采用局部二值化方法，取閾值為各個(gè)塊亮度的均值。

3.3二值化圖像的再處理

圖像局部二值化后，得到了各個(gè)小塊圖像的“值點(diǎn)”，這樣避免了因某個(gè)小塊由于顏色淡而整體無“值點(diǎn)”的情況，但是同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)新問題，這樣的二值化圖像中含有較多的噪音，在進(jìn)行圖像重建之前必須去除。平滑化處理可以去除噪音，在此采用了文獻(xiàn)]的高斯濾波方法進(jìn)行平滑化處理。圖像重構(gòu)。通過前面的處理，得到完整的原始數(shù)字圖書資料的二值化圖像，可以構(gòu)造出增強(qiáng)字符信息的圖像文件，還原出比原來數(shù)字圖書資料效果好的圖像，便于閱讀和處理的數(shù)字圖書資料，可以構(gòu)造其BMP位圖文件，也可以打印出比原來效果好的紙質(zhì)圖書資料，達(dá)到了修復(fù)有損數(shù)字圖書資料的目的。模式識(shí)別。除了用重建數(shù)字圖書資料的圖像的方法之外，還可以根據(jù)實(shí)際問題的需要進(jìn)行后繼處理，如文獻(xiàn)中，使用模式識(shí)別方法分割字符、歸類識(shí)別字符、手工修正、重新輸出原圖書資料的內(nèi)容，對(duì)表格字符的識(shí)別和圖像重構(gòu)可參見文獻(xiàn)。

總結(jié)：模式識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代圖書信息和檔案處理中有著廣泛的用途，文章闡述了圖形模式識(shí)別技術(shù)在數(shù)字圖書資料修復(fù)中的應(yīng)用情況，即通過對(duì)圖書資料進(jìn)行掃描、二值化和圖像的重建等方法對(duì)不清晰的圖形進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書資料的數(shù)字化處理。

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