3D展平技术在珍贵档案、古籍仿真复制中的应用
摘要：档案和古籍仿真复制的关键是细节和色彩的还原，一件好的仿真复制品要尽可能多的保留原作细节，这样不仅能从这些细节处读出作品的含义，读出历史的沧桑，甚至能够体会当时作者在创作这幅作品时的心境。细节保留得越多，仿真复制品就越真实，越立体，越传神。而档案和古籍仿真复制是一个非常复杂的系统工程，可分为图像采集、图像修正、图像输出三个部分。其中图像采集是非常关键的环节，必须最大限度的减少色彩和介质的损失，尽可能多地采集原始图像信息，真实还原原稿表面材质、立体效果、专色效果等细节，全扫描范围内保持一致的色彩、质量和清晰度。随着色彩管理系统的成熟应用，色彩已完全可控。而要尽可多的体现细节，特别是装订成册的珍贵档案和古籍，则比较困难。本文详细介绍了3D展平的扫描新技术，来解决装订成册的珍贵档案和古籍的细节还原难题。
关键字：3D展平技术仿真复制图像采集
一、概述
装订成册的珍贵档案和古籍文献要做到不失真、不变形的扫描是几乎不可能的。而3D展平技术的研发成功，使这个问题得到彻底解决。3D展平技术是某专业扫描仪公司和德国奥托冯格里克大学电子信号处理和通讯技术所合作研发，将传统扫描技术进行了革命性的创新，采用先进的软硬技术进行整合，能够完美地展平书本中缝和修正变形问题。该技术已经成功应用于专业彩色仿真复制书本扫描仪。
二、3D展平技术的数学原理
长久以来在扫描仪技术领域中，对装订成册的珍贵档案和古籍文献在扫描过程中变形修正的方法不外乎是计算页面上光的分布或实际表面轮廓线或把页面边缘变直方式进行修正。用精确的数学运算和软件来完全解决，使用"平直"和"平滑"方式，将扭曲的线和文字校正。这方法对于消除书脊弧面是非常有效的工具，但是在实践中经常有其局限性。如果书本轮廓出现插入便条或页面不完整或边沿破损，做成展平困难，甚至不能展平。如下图所示：
插入便条或页面损坏影响展平的质量和准确性
注:只有当书本的上下轮廓线条都能被充份确认，软件和数学运算才可以对其进行精确的修正和展平处理。
3D展平技术是基于硬件和软件相结合的方法，利用立体视觉系统，在扫描过程中捕捉页面3D轮廓。除了常用的高分辨率线阵扫描头CCD(图示黄色部份)外，还采用了捕捉高清3D数据具有VGA分辨率的标准USB数码相机，其作用为表面或面阵模型式数码相机(图示绿色部分)。
两个成像系统同时捕捉影像（如下图所示），其中线阵扫描CCD与扫描光源同步移动，获得清晰的可再生形式的影像，而高清数码相机利用移动的扫描光源，通过固定的面阵模型获得以既定的帧频将影像顺序记录，然后将两种影像导入相应图像分析软件，经过特殊的数学计算重建3D扫描页面轮廓。
线阵扫描CCD获得的影像 面阵模形拍摄的影像
从不同角度同时用两个校准的成像系统，可达到高质量的修正，3D展平技术成功克服对纯数学方法在模糊或书边破损时带来的误差和影响。线阵扫描和面阵拍摄双组合，在扫描平台上产生虚拟的书本表面3D模型，从既定的坐标系统计算3D表面的等高线作为整个系统的校准。
由于使用真实的3D数据，3D展平技术不再只依靠页边来确定位置和格式，而是当高度数据出现不等同时（如上图所示），自动加入结构性分析确定页边。因此3D展平技术既能非常准确地分开书的两页，又可以完全获得装订成册的珍贵档案和古籍文献的所有细节，同时也更能保护原件。
三、3D展平技术在仿真复制采集环节的实际应用
以古籍为例（如下图所示）
采用两种扫描仪分别进行扫描，获得如下图所示的影像
普通扫描技术的效果
具有3D展平技术的效果
从上面两个影像可以看出，3D展平技术自动修正出现在朝向古籍中缝字符所产生的变形和自动识别页面的大小，结果是靠近书中缝变形的字符在扫描过程中被直接正确地排列成直线，页与页自动正确地分离。3D展平技术更使靠近书中缝变形的字符变得平直和平整，字与字之间更平均，消除中缝阴影等，即使字符隐藏在书中缝也能捕捉清楚无遗。这样的影像效果给仿真复制后续的图像修正环节、图像输出环节提供了所需的全部原件细节信息，为制作完美的仿真复制件奠定了坚实的基础。
综上所述，普通的图像采集设备已经不能满足珍贵档案和古籍文献的仿真复制，3D展平技术可采集细腻完整的原件信息，因此珍贵档案和古籍文献的仿真复制，就需要更专业的图像采集设备，即具有3D展平技术的专业级仿真复制扫描仪。目前在国内档案行业，已有多数用户采用了具有3D展平技术的专业级扫描仪（如德国赛数专业仿真复制扫描仪）进行仿真复制的图像采集。3D展平技术也将不断精益求精，充分利用智能系统，对珍贵档案和古籍文献的位置及大小自动探测和利用"扫描区域"(ROI)的自动识别，为用户提供更加完美的影像细节。
陈朝阳
北京市汉龙实业有限公司
技术工程师
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