基于物理反射变换成像多尺度计算框架的遗产绘画表面纹理表征研究

《Scientific Reports》：Multiscale surface-texture characterisation of heritage paintings using reflectance transformation imaging and completed local binary patterns

　　

摘要

反射变换成像技术提供了一种非接触式的记录文化遗产对象受光照影响外观的方法，并可辅助对笔触、裂纹、表面不规则性和材质纹理变化进行视觉检查。然而，在反射变换成像采集过程中产生的大量定向光照图像，给提取稳定且可解释的表面纹理信息带来了挑战。本研究提出了一种基于物理采集的反射变换成像图像序列的多尺度计算框架，用于表征遗产绘画的可见表面特征。所提出的框架首先对定向光照观测进行归一化处理，并在受控光照方向下生成可重光照表示。随后，利用离散小波变换将反射变换成像观测分解为多尺度频率分量，以表示粗糙表面结构和精细纹理变化。接着，从小波子带中提取完备局部二值模式，以描述局部强度差异、邻域关系和方向性纹理特征。将所得描述符组合起来，生成不同区域绘画的表面细节图以及定量纹理表示。该框架利用真实的多光照反射变换成像数据集进行评估，并与传统的局部二值模式、仅小波描述符、基于梯度方法和标准纹理分析方法进行了比较。评估内容包括描述符在不同光照方向上的一致性、纹理可分离性、边缘保持能力、局部对比度、计算成本以及对光照变化的鲁棒性。该框架旨在用于计算表面可视化和纹理表征。本研究为从真实反射变换成像测量中分析绘画表面可见特征提供了一种可复现且具有物理依据的方法，并为后续使用经修复师标注的遗产数据集进行评估奠定了基础。