2024年6月9日发(作者：)
基于Hough模型的老照片划痕修复系统
倪静媛
*
，付剑锋，张旭洁
（上海立信会计金融学院信息管理学院，上海201209）
摘要院数字技术为老照片的修复带来了新的可能和期望，使修复过程智能化、效率化，实现了一个
基于Hough模型的老照片划痕修复系统。实验表明，Hough模型可以在未知图像和划痕信息的特性下，
较好地检测破损和噪声划痕。系统采用C/S两层架构，主要图像功能利用OpenCV库实现划痕检测，以
及修复的自动化、可视化，用户可以对照片在任意选中位置添加署名。此外，系统为用户建立个人图
片库，用户在登录后可进行浏览或编辑。系统不仅实现了划痕检测与修复，也为用户提供了合理、高
效的个性化服务。
关键词院老照片；划痕检测；修复；OpenCV视觉库
1概述
能和期望袁它不仅减缓了旧时的资料保存压力袁而且使
修复过程智能化尧效率化遥因此袁系统将基于Hough变
换算法模型进行设计
[3]
袁旨在建立一个简洁方便尧可操
作性强的系统遥
一张老照片袁不单单是一个纯粹的画面袁不论对国
家或个人而言袁都是一份宝贵的遗产遥它反映的往往是
某一个家庭尧国家袁乃至时代的岁月变幻袁代表历史文
化的记忆与传承遥
然而老照片在保护和修复过程中最大的障碍是不易
保存袁如果是胶片底片袁对温度和湿度有更严苛的保存
要求遥尽管如此袁国内外的修复现状都不容乐观袁我国
专门从事修复工作的企业较少袁且修复资金来源较为单
一袁主要依赖于政府拨款袁并未形成固定的产业链与成
熟的手段
[1]
遥
随着近几年来科学技术的迅速发展袁将老照片数字
2
2.1C/S架构工作模式
系统开发相关技术
系统采用C/S两层架构工作模式袁服务器负责用户
数据的管理袁客户机负责完成人机交互任务袁即老照片
划痕修复工作遥其优点是运行负荷轻袁当用户发送请求
时袁能够得到快速处理遥
2.2PyCharm
PyCharm是基于Python语言的集成开发环境袁在导
化成为了新的潮流趋势袁也是保护这些珍贵资料的必要
手段遥而在修复方面袁不断进步的图像处理技术使老照
片修复完成度更高尧可行性更强
[2]
遥对老照片进行数字
化修复主要有以下两个长处院
渊1冤从保存的角度考虑遥将老照片数字化后袁其保
入第三方库时具有一定优势袁利于开发遥
2.3MySQL
据库服务袁在处理速度尧信息可靠度方面较有优势袁适
用于一些简单查询的事务遥采用的是MySQL5.7版本袁
通过预先导入安装PyMySQL库袁可以实现Python访问
数据库遥
MySQL数据库是近年来较为流行的开源关系型数
存对物理环境的要求大大降低袁减少了之前维护保存环
境的支出遥此外袁通过数字建档存储袁使保存尧查询等
更便捷袁减少了人工处理时的非系统操作风险袁有助于
老照片的共享和备份遥
复袁数字修复有可重复尧可增删尧可试错等特点袁一方
面不仅提高了效率袁节省了修复成本曰另一方面由于可
重复尧可试错性袁增加了成功修复的可能性袁也便于修
复技术开发者改进技术袁提高成功率遥
综上袁运用数字技术为老照片的修复带来了新的可
渊2冤从修复的角度阐述遥相较于物理修复尧化学修
3基于Hough变换的图像划痕检测算法
Hough变换是在黑白图像中检测直线袁其优点在于未知
Hough变换是一种提取特定形状的技术袁基本的
作者简介：倪静媛渊1997-冤袁女袁通讯作者袁本科袁研
究方向院信息管理与信息系统曰付剑锋渊1978-冤袁男袁
博士袁副教授袁研究方向院自然语言处理曰张旭洁
渊1981-冤袁女袁博士袁讲师袁研究方向院自然语言处理遥
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图像和划痕信息的特性下袁能够同时检测破损和噪声
划痕遥
3.1Hough变换原理
点映射到极坐标系上进行累积
Hough变换的基本思想是把直角坐标系的目标坐标
袁然后在这个参数空间
中袁通过类似于投票的方式找出直线袁在直角坐标系
中袁一般将直线方程表示为斜截式遥那么所有过渊x袁
y冤点的直线都应满足如下方程
y=ax+b
院
其中袁a为直线的斜率袁b为截距袁即用斜率和结
局就可以表示一条直线遥
但是当直线接近于与X轴平行袁与Y轴垂直时袁
斜率a趋向于无限大袁甚至不存在遥为此袁在1971年4
月袁和引入了极坐标方程
渊也称
籽=xcos兹+ysin兹
Hesse法线式冤袁如下所示
如图1所示袁
渊0臆兹臆仔冤
院
籽代表从原点到直线上最近点的距
离袁兹为X轴与连接原点和直线上最近点线段之间的夹
角遥因此袁可以将每一条直线与一对参数渊籽袁兹冤相关
联袁将图像中某一直线的所有特征点进行映射后袁就会
得到很多经过渊籽袁兹冤正弦曲线袁这个参数渊籽袁兹冤平
面被称为野Hough空间冶袁用于代表二维直线的集合遥
Y
Y
籽=xcos兹+ysin兹
籽
籽
兹
兹
XX
图1Hough变换示意图
3.2Hough变换算法过程
点映射到极坐标系中
Hough变换的基本思想是把直角坐标系的目标坐标
袁基于Hough模型对老照片进行划
痕检测主要分为以下几个步骤院
转换成黑白图像
渊1冤读取需要修复的老照片
曰渊2冤使兹遍历所有值
袁并将其二值化
袁对每个像
袁即
素点按照公式籽=xcos兹+ysin兹计算出其相对应的籽值袁
并将单元个数记做H曰渊3冤找出H最大值曰渊4冤将
黑白图片转换为原图并绘制检测出的直线袁绘制划痕
掩图遥
4系统设计与实现
系统人机交互界面设计基于Python自带库中的tk鄄
inter
界面均以
模块袁
Toplevel渊冤
初始渊功能
定义
冤界面为主页面
袁各页面具体设计在文中进行
袁登录尧注册等
简单介绍遥
4.1
系统的初始界面即功能界面
初始（功能
）界面
袁使用者可选择游客免
登录或用户登录的方式进行老照片划痕修复的操作遥
如选择游客袁可直接在该界面中进行操作曰如选择用
户袁可在菜单栏中单击野登录冶按钮进行用户登录遥
此外袁在菜单栏野我的冶中另设置有野帮助冶和野退
出冶按钮遥
作为功能界面袁用户可根据按钮标签引导进行操
作遥首先袁需点击野打开冶按钮袁从用户机本地浏览选
择需要划痕修复的老照片袁然后点击野确认冶按钮袁对
所选照片进行确认遥接下来依次单击野划痕检测冶要
野
功能按钮前也添加了数字标识
修复冶要野保存冶即可完成袁为便于用户理解
袁按顺序依次单击即可
袁在相关
遥
在修复步骤中袁用户可选择两种方式进行修复袁分
别是INPAINT_NS算法和INPAINT_TELEA
[4]
方法遥前者
基于流体动力学之上袁后者基于快速行进方法袁均为区
域填充算法袁根据损伤区域的边界信息进行填充修复遥
完成修复后袁用户可选择性在修复后的照片上签
名遥最后袁如为游客身份袁单击野保存渊游客冤冶按钮袁
系统将自动建立副本保存至原路径曰如为已登录用户身
份袁则单击野保存冶按钮袁系统将保存至用户个人图片
库中遥上述操作完成或出现操作失误时袁均会跳弹出消
息框引导用户袁指出原因或提示正确操作方式遥
在系统用户保存照片的功能中袁将引入了Python
自带的datetime库袁通过获取精确到秒的即时时间袁并
以此作为照片的初始文件名遥由于即时时间的唯一性尧
不可逆性袁故每一张照片的文件名都是有序且不会因重
复而报错的袁为用户后序的整理提供时间依据遥
4.2
根据相应提示完成即可
注册界面
袁当用户成功注册后袁系统
将自动在本地为新用户创建个人图片库文件夹袁可在登
录界面进行用户登录操作遥
4.3
当用户输入成功或失败时
登录界面
袁均会跳出相关提示信
息遥登录成功后袁系统将自动打开该用户的个人图片库
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文件夹袁用户可在其中浏览编辑遥
4.4
帮助界面会较详细地列举相关操作
帮助界面
袁为用户提供
引导遥
4.5
系统为两层
数据库设计
C/S架构袁建立一张用户users表袁用
户名作为主键袁如表1所示遥
表1users表
属性名数据类型允许空含义
Name渊*冤Varchar否
Picurl
PassVarchar
Varchar
否
用户名
否
密码
路径
在设计表格属性时袁对如何保存图片进行了斟酌袁
分别从以下几个方面进行考量院
图片袁
渊1冤
均以二进制格式进行
图片数量和文件大小未知
袁行图片存储灵活度欠佳
袁而数据库如需存储
曰
而存储相应路径袁以简单的字符串类型定义即可遥
写操作将耗费大量资源
渊2冤在进行读写操作时
袁影响数据库性能
袁通过数据库进行图片的读
曰对路径进行
读取时袁借以Python标准库OS库打开所在路径袁用户
即可查看其图片库遥
需要更强大的中央处理器支撑检索和数据缓存等功能
渊3冤在硬件层面上而言袁如选择以图片方式存储
袁
袁
使得使用成本上升袁系统经济可行性下降曰如以路径方
式存储能减轻一定的数据库运行压力遥
综上所述袁相较于直接存储图片至数据库内袁将图
片路径存储至数据库中更为高效
5
尧便捷尧经济遥
5.1
系统功能测试
注册
野注册成功
渊1冤输入用户名和密码
冶袁并在相应目录下创建用户文件夹
袁并重复正确密码
遥
袁提示
或密码为空均跳出相应提示
渊2冤用户名已存在尧两次密码输入不相符
遥
尧用户名
5.2
渊3冤
登录
单击野重置冶袁清空输入框袁可再次输入遥
并自动打开用户文件夹
渊1冤输入正确的用户名和密码
遥
袁提示野登录成功冶袁
5.3
渊2冤
划痕修复
非用户单击野注册冶进入注册页面
渊1冤选择需要修复的照片并确认袁如图2渊1冤所
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示袁为一张带有几条红色划痕的窗框照片遥
如图
渊2冤
2渊2冤袁
利用函数
原红色划痕区域检测线条最为密集
HoughLines对照片进行划痕检测
遥
袁
方法进行修复
渊3冤分别选择
袁如图
INPAINT_TELEA
2渊3冤尧渊4冤所示
方法
袁效果基本相同
尧INPAINT_NS
袁
红色划痕被部分修复遥
1
3
2
4
图2划痕检测与修复
置如图
渊4冤
3所示
输入
遥
野user1冶进行签名袁并点击所要添加的位
图3签名
图片库文件夹中
渊5冤保存袁
遥
以即时时间作为文件名保存在登录用户
5.4
回顾整个动态测试结果
测试
袁在用户注册尧登录等功能
中运行正常遥
然而袁在修复过程中袁涉及到修复函数INPAINT
(src,Mask,dst,inpaintRadius,flag)袁
量袁表示所需要修复的区域其邻域的半径范围
第四个参数为
袁
半
经多次
径变
测试袁系统后台将该值定义为野3冶袁可以在大多数情况
下正常运行遥但由于变量固定化会导致修复效果因照片
而异袁存在一定弊端遥
而在用户个性化功能项目袁例如个人图片库创建与
浏览尧对照片进行自定义位置签名等能够顺利进行袁得
到了较好的测试反馈遥
护更多的珍贵历史遗产遥
参考文献
[1]
[2]
[3]
杨琴.野电影遗产保护冶视野下的中国电影修复工
作[J].中国科技信息,2012,(16):134.
大学,2013.
吕亮.老电影修复算法研究及系统设计[D].天津
丁友东,于冰.计算机视觉新技术在老电影修复中
41-43.
6结语
基于Hough模型的特征检测是时下图像修复不可缺
少的依据袁结合相关修复方法能够在非人工干预的情况
下袁完成自动修复遥其实除了划痕袁还有噪声尧污点尧
褪色等等多种损伤需要逐一攻破袁随着科学技术的不断
完善袁人工智能技术的辅助袁修复性能也将更上一层楼遥
此外袁系统在最初的设计中袁就预设了将老照片进
行数字化保存遥因此袁科普老照片的保存方式以及文化
保护的重要意义袁鼓励大众将老照片数字化尧合理保存
迫在眉睫遥同样的袁对于老文献尧老读物等也可利用扫
描仪等工具使其数字化袁拓宽修复工作涉及的领域袁保
(上接第123页)
统辅助管理城市袁通过融合物联网和互联网袁实现高速
的计算分析袁对城市内的人员尧设备及交通等进行全
面的监控和管理袁促进公共安全事业的发展遥智能城
市系统可以对城市的各项数据进行全方位实时监控袁
通过对经济数据的分析和整理袁分析经济发展形式袁
预测城市经济发展的方向袁为管理者决策提供支持遥
同时能够根据城市空气环境的数据检测袁对城市污染
的主要来源进行分析袁帮助城市管理者更好地治理城
市袁维护和管理的效率进一步提高袁人们居住的幸福感
也会大幅度提升遥
的应用研究[J].现代电影技术,2018,(08):
eInpaintingTechnique
BasedontheFastMarchingMethod[J].Journalof
graphictools.2004:25-36
[4]
工智能的运用水准袁让智能化水平得以有效提升袁此举
对人工智能发展具有不可忽视的作用遥在具体运用环
节袁通过科学利用大数据技术的优势袁能够针对数据信
息实施科学整合袁切实优化资源整合和信息检索等环
节袁为人工智能进一步发展做出积极贡献遥
参考文献
[1]王建华,盖东成,吴明宇.人工智能大数据技术下
2019,37(09):220-221.
的软件技术专业特色建设[J].数字技术与应用,
[2]吴立珺,邹凝,谢明珠.大数据技术在人工智能的
机产品与流通,2019,(03):83.
[3]郭巍.大数据时代人工智能在计算机网络技术中的
(03):144-145.
版社.
5结语
应用研究要要要以智慧工地管理系统为例[J].计算
相关科技人员在研发人工智能时袁必须正确认识到
大数据技术在其中的作用及优势袁分析如何将大数据技
术有效运用到人工智能的可行性对策袁从而切实提升人
(上接第108页)
都会产生大量的数据遥如何处理和分析数据之间的联系
特别重要遥通过对Hadoop平台的分析和对Apriori算法
的改进袁当今袁企业使用的Hadoop平台越来越多袁这
将成为未来技术发展的趋势遥由于需要处理和分析的大
量数据袁通过对Apriori算法的研究袁可以得出该算法适
用于大规模数据挖掘袁具有良好的有效性和可扩展性遥
参考文献
[1]权威指南[M].3版.华东师范
大学数据科学与工程学院,译.北京曰清华大学出
应用探究[J].信息与电脑(理论版),2019,
[2]董西成.Hadoop技术内幕[M].北京院机械工业
出版社,2013.
[3]罗丹,李陶深援一种基于压缩矩阵的Apriori算法改
进研究[允]援计算机科学,2013,12.
工矿自动化,2011,2援
[4]王惠中,彭安群援数据挖掘研究现状及发展趋势[J]援
[5]付沙,周航军援关联规则挖掘Apriori算法的研究与
改进[J]援微电子学与计算机,2013,9援
2020.07
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