摘要：檔案和古籍仿真復(fù)制的關(guān)鍵是細(xì)節(jié)和色彩的還原，一件好的仿真復(fù)制品要盡可能多的保留原作細(xì)節(jié)，這樣不僅能從這些細(xì)節(jié)處讀出作品的含義，讀出歷史的滄桑，甚至能夠體會(huì)當(dāng)時(shí)作者在創(chuàng)作這幅作品時(shí)的心境。細(xì)節(jié)保留得越多，仿真復(fù)制品就越真實(shí)，越立體，越傳神。而檔案和古籍仿真復(fù)制是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，可分為圖像采集、圖像修正、圖像輸出三個(gè)部分。其中圖像采集是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，必須最大限度的減少色彩和介質(zhì)的損失，盡可能多地采集原始圖像信息，真實(shí)還原原稿表面材質(zhì)、立體效果、專色效果等細(xì)節(jié)，全掃描范圍內(nèi)保持一致的色彩、質(zhì)量和清晰度。隨著色彩管理系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，色彩已完全可控。而要盡可多的體現(xiàn)細(xì)節(jié)，特別是裝訂成冊(cè)的珍貴檔案和古籍，則比較困難。本文詳細(xì)介紹了3D展平的掃描新技術(shù)，來(lái)解決裝訂成冊(cè)的珍貴檔案和古籍的細(xì)節(jié)還原難題。

　　關(guān)鍵字：3D展平技術(shù) 仿真復(fù)制 圖像采集

　　一、概述

　　裝訂成冊(cè)的珍貴檔案和古籍文獻(xiàn)要做到不失真、不變形的掃描是幾乎不可能的。而3D展平技術(shù)的研發(fā)成功，使這個(gè)問(wèn)題得到徹底解決。3D展平技術(shù)是德國(guó)賽數(shù)專業(yè)掃描儀公司和德國(guó)奧托馮格里克大學(xué)電子信號(hào)處理和通訊技術(shù)所合作研發(fā)，將傳統(tǒng)掃描技術(shù)進(jìn)行了革命性的創(chuàng)新，采用先進(jìn)的軟硬技術(shù)進(jìn)行整合，能夠完美地展平書(shū)本中縫和修正變形問(wèn)題。該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于專業(yè)彩色仿真復(fù)制書(shū)本掃描儀。

　　二、3D展平技術(shù)的數(shù)學(xué)原理

　　長(zhǎng)久以來(lái)在掃描儀技術(shù)領(lǐng)域中，對(duì)裝訂成冊(cè)的珍貴檔案和古籍文獻(xiàn)在掃描過(guò)程中變形修正的方法不外乎是計(jì)算頁(yè)面上光的分布或?qū)嶋H表面輪廓線或把頁(yè)面邊緣變直方式進(jìn)行修正。用精確的數(shù)學(xué)運(yùn)算和軟件來(lái)完全解決，使用“平直”和“平滑”方式，將扭曲的線和文字校正。這方法對(duì)于消除書(shū)脊弧面是非常有效的工具，但是在實(shí)踐中經(jīng)常有其局限性。如果書(shū)本輪廓出現(xiàn)插入便條或頁(yè)面不完整或邊沿破損，做成展平困難，甚至不能展平。如下圖所示：

　　插入便條或頁(yè)面損壞影響展平的質(zhì)量和準(zhǔn)確性

　　注: 只有當(dāng)書(shū)本的上下輪廓線條都能被充份確認(rèn)，軟件和數(shù)學(xué)運(yùn)算才可以對(duì)其進(jìn)行精確的修正和展平處理。

　　3D展平技術(shù)是基于硬件和軟件相結(jié)合的方法，利用立體視覺(jué)系統(tǒng)，在掃描過(guò)程中捕捉頁(yè)面3D輪廓。除了常用的高分辨率線陣掃描頭CCD(圖示黃色部份)外，還采用了捕捉高清3D數(shù)據(jù)具有VGA分辨率的標(biāo)準(zhǔn)USB數(shù)碼相機(jī)，其作用為表面或面陣模型式數(shù)碼相機(jī)(圖示綠色部分)。

　　兩個(gè)成像系統(tǒng)同時(shí)捕捉影像(如下圖所示)，其中線陣掃描CCD 與掃描光源同步移動(dòng)，獲得清晰的可再生形式的影像，而高清數(shù)碼相機(jī)利用移動(dòng)的掃描光源，通過(guò)固定的面陣模型獲得以既定的幀頻將影像順序記錄，然后將兩種影像導(dǎo)入相應(yīng)圖像分析軟件，經(jīng)過(guò)特殊的數(shù)學(xué)計(jì)算重建3D掃描頁(yè)面輪廓。

　　線陣掃描CCD獲得的影像 面陣模形拍攝的影像

　　從不同角度同時(shí)用兩個(gè)校準(zhǔn)的成像系統(tǒng)，可達(dá)到高質(zhì)量的修正，3D展平技術(shù)成功克服對(duì)純數(shù)學(xué)方法在模糊或書(shū)邊破損時(shí)帶來(lái)的誤差和影響。線陣掃描和面陣拍攝雙組合，在掃描平臺(tái)上產(chǎn)生虛擬的書(shū)本表面3D模型，從既定的坐標(biāo)系統(tǒng)計(jì)算3D表面的等高線作為整個(gè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

　　由于使用真實(shí)的3D數(shù)據(jù)，3D展平技術(shù)不再只依靠頁(yè)邊來(lái)確定位置和格式，而是當(dāng)高度數(shù)據(jù)出現(xiàn)不等同時(shí)(如上圖所示)，自動(dòng)加入結(jié)構(gòu)性分析確定頁(yè)邊。因此3D展平技術(shù)既能非常準(zhǔn)確地分開(kāi)書(shū)的兩頁(yè)，又可以完全獲得裝訂成冊(cè)的珍貴檔案和古籍文獻(xiàn)的所有細(xì)節(jié)，同時(shí)也更能保護(hù)原件。

　　三、3D展平技術(shù)在仿真復(fù)制采集環(huán)節(jié)的實(shí)際應(yīng)用

　　以古籍為例(如下圖所示)

　　采用兩種掃描儀分別進(jìn)行掃描，獲得如下圖所示的影像

　　普通掃描技術(shù)的效果

　　具有3D展平技術(shù)的效果

　　從上面兩個(gè)影像可以看出，3D展平技術(shù)自動(dòng)修正出現(xiàn)在朝向古籍中縫字符所產(chǎn)生的變形和自動(dòng)識(shí)別頁(yè)面的大小，結(jié)果是靠近書(shū)中縫變形的字符在掃描過(guò)程中被直接正確地排列成直線，頁(yè)與頁(yè)自動(dòng)正確地分離。3D展平技術(shù)更使靠近書(shū)中縫變形的字符變得平直和平整，字與字之間更平均，消除中縫陰影等，即使字符隱藏在書(shū)中縫也能捕捉清楚無(wú)遺。這樣的影像效果給仿真復(fù)制后續(xù)的圖像修正環(huán)節(jié)、圖像輸出環(huán)節(jié)提供了所需的全部原件細(xì)節(jié)信息，為制作完美的仿真復(fù)制件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　綜上所述，普通的圖像采集設(shè)備已經(jīng)不能滿足珍貴檔案和古籍文獻(xiàn)的仿真復(fù)制，3D展平技術(shù)可采集細(xì)膩完整的原件信息，因此珍貴檔案和古籍文獻(xiàn)的仿真復(fù)制，就需要更專業(yè)的圖像采集設(shè)備，即具有3D展平技術(shù)的專業(yè)級(jí)仿真復(fù)制掃描儀。目前在國(guó)內(nèi)檔案行業(yè)，已有多數(shù)用戶采用了具有3D展平技術(shù)的專業(yè)級(jí)掃描儀(如德國(guó)賽數(shù)專業(yè)仿真復(fù)制掃描儀)進(jìn)行仿真復(fù)制的圖像采集。3D展平技術(shù)也將不斷精益求精，充分利用智能系統(tǒng)，對(duì)珍貴檔案和古籍文獻(xiàn)的位置及大小自動(dòng)探測(cè)和利用“掃描區(qū)域”(ROI)的自動(dòng)識(shí)別，為用戶提供更加完美的影像細(xì)節(jié)。