碎纸复原文档

基于Matlab GUI碎纸机破碎文档的恢复文章详细阐述了基于Matlab GUI对单面印刷文档经碎纸机破碎的碎片（既纵切又横切）的恢复，结合计算机对碎片的匹配搜索和人工干预，提高文档恢复的效率，达到文档的恢复。

标签：Matlab GUI；聚类分析；人工干预1 概述破碎文件的拼接在司法物证复原、历史文献修复以及军事情报获取等领域都有着重要的应用。

传统上，拼接复原工作需由人工完成，准确率较高，但效率很低。

特别是，当碎纸片数量巨大，人工拼接很难在短时间内完成任务[1-3]。

随着计算机技术的发展，人们试图开发碎纸片的自动拼接技术，以提高拼接复原效率。

文章基于Matlab GUI对破碎文档（既纵切又横切）的复原实现人机互动，并给出了提高文档复原效率的方法。

2 图像采样图象采样就是按照图像空间的坐标测量该坐标测量该位置上像素的灰度值。

方法如下：对连续的f（x，y）进行等间隔采样，在（x，y）平面上，将图像均分成均匀的小网格，每个小网格的位置可以用整数坐标表示，于是采样值就对应于一个M×N数字矩阵。

这样就获得了数字图像中关于像素的两个属性：位置和灰度。

位置由采样点的两个坐标确定，也就对应了网格行和列；而灰度表明了该像素的明暗程度。

Matlab读入图象的函数为imread（filename，format）。

而文章讨论的碎片图像格式为bmp的8位灰度图像，每一像素的取值范围为0～255。

3 碎片的分类3.1 碎片特征提取准确地确定碎片的特征对碎片的分类起着重要作用，原始的碎片图像中可利用的像素点较多，而碎片图像中能有效反应碎片的特征的像素需要恰到好处地提取。

文字的笔画有粗细之分，由此，不考虑笔画的粗细，文字的轮廓更能体现碎片的特征。

运用边缘检测的方法，实现对文字轮廓的确定。

（a）（b）图1 边缘化处理前后对比图将每行边缘轮廓像素通过累加法，得到一个180维的向量。

边缘轮廓像素在180维的向量的每一分量的值呈现一定的规律，图2为图1（a）的累加向量。

纸张撕碎重新复原的方法
将纸张撕成小块后，可以试用以下方法重新复原：
1. 拼图法：根据纸张上的图案或文字的特征，将撕碎的纸张小块一一拼接在一起。

可以使用胶水或透明胶带将小块粘接在一起，直到整张纸张还原为完整的状态。

2. 粘贴法：将所有纸张小块按照纸张上的线条方向，粘贴在一张背景纸上。

根据纸张上的文字或图案特征，可以推测纸张的排列顺序。

3. 数字法：对每个纸张小块进行编号，然后根据编号重新排列纸张小块。

4. 计算机辅助法：使用扫描仪或相机将撕碎的纸张进行扫描或拍照，然后使用图像处理软件将图像还原，最后打印出完整的纸张。

请注意，纸张撕碎再复原的难度取决于撕碎的程度和纸张的特性。

有些纸张可能不易复原或需要特殊的技术手段，如复印纸、碎纸机处理后的纸张等。

碎纸片的拼接复原摘要碎纸片的拼接复原是一门借助计算机，把大量碎纸片重新拼接成初始纸张的技术。

针对问题一，本文首先利用碎纸片图像灰度矩阵的边缘矩阵，建立了两个碎纸片之间的匹配度函数，求得了每一张图片之间左右边缘匹配度矩阵。

然后根据左边边缘位置的碎片的左边空白部分最多的特点，确定了左边位置的碎纸片。

接着根据拼接碎纸片的拼接复原时，所有碎纸片匹配度之和取极大值的原则，采用贪心算法，得到了所有碎纸片的初始位置，拼接复原了附件1和附件2中纸片。

针对问题二，由于附件3碎片数量太多，并且碎片的拼接复原，是一个以碎纸片总匹配度为目标函数的组合优化问题。

所以本文采用遗传算法将碎纸片的编号作为基因，并将基因均匀分成19段，按顺序每一段对应一个初始纸片列位置，进行了求解。

然后，根据边缘碎纸片某些边的空白部分多的特征，对初始基因进行了优化。

接着，根据碎纸片的黑色像素密度不同的特点，将碎纸片分成三类，根据同类纸片优先匹配的原则，对遗传算法的运行过程进行了优化，拼接复原了附件3和附件4中纸片。

针对问题三，随着碎纸片量的增多，计算量急剧增加。

在上述拼接复原碎纸片的基础上，又引进了同行位置碎纸片的上部（或下部）空白位置宽度相近的聚类思想。

先对每个类内部拼接，在合并所有类并做一次整体拼接。

由于时间有限，我们未能完成最后一次的整体的拼接，但我们会在比赛后继续探究。

关键词：边缘矩阵匹配度函数遗传算法聚类一、问题重述碎片拼接实际用途已经越来越广泛，传统上拼接复原工作由人工完成，碎片拼接的准确率较高，但效率很低。

并且当碎片数量很大时，人工短时间内拼接出来几乎是不可能的。

所以开发碎纸的拼接技术，以提高拼接复原效率已成为越来越多人的期望。

现在,在碎纸片是规则的情况下，题目要求我们在以下条件建立碎纸片拼接复原模型和算法。

1.来自同一页印刷文字文件（中文、英文各一页）的碎纸机破碎纸片（仅纵切）拼接复原，并将附件1和附件2复原。

2.对碎纸机既纵切又横切文件的情形，将碎纸片拼接完整。

碎纸片的拼接复原分析最终引言碎纸片的拼接复原是一项有趣且具有挑战性的任务。

无论是为了还原重要文件还是拼接有意义的图像，我们都需要使用各种技巧和方法来完成这项任务。

本文将介绍一种基于分析的碎纸片拼接复原方法，通过对碎纸片的形状、颜色和纹理等特征进行分析，最终达到拼接复原的目标。

碎纸片的特征提取在进行碎纸片的拼接复原之前，首先需要提取碎纸片的特征。

这些特征包括碎纸片的形状、颜色和纹理等。

形状特征提取为了提取碎纸片的形状特征，可以通过计算碎纸片的边界和角度来获得。

首先，使用图像处理技术，如Canny边缘检测算法，将碎纸片的边缘提取出来。

然后，使用霍夫变换来检测碎纸片的直线和角点，从而计算出角度和边界。

颜色特征提取碎纸片的颜色特征可以通过计算图像的颜色直方图来得到。

颜色直方图表示了图像中每个颜色的像素数量。

我们可以使用像素级别的颜色分布来比较不同碎纸片的颜色特征，并找到相似的碎纸片来进行拼接。

纹理特征提取碎纸片的纹理特征可以通过计算图像的纹理描述符来得到。

纹理描述符是用于描述图像纹理的数值特征。

其中，最常用的纹理描述符包括灰度共生矩阵（GLCM）和局部二值模式（LBP）。

通过计算碎纸片的纹理描述符，我们可以比较不同碎纸片之间的纹理相似度，并选择相似的碎纸片进行拼接。

碎纸片的拼接策略在完成碎纸片特征提取后，接下来需要制定碎纸片的拼接策略。

拼接策略将基于碎纸片的特征相似度和拼接的整体目标来确定。

相似度匹配根据碎纸片的形状、颜色和纹理特征，我们可以计算两个碎纸片之间的相似度。

一种常用的相似度计算方法是使用余弦相似度，它衡量两个向量之间的夹角。

通过计算碎纸片之间的相似度，我们可以找到最相似的碎纸片来进行拼接。

拼接顺序在进行碎纸片的拼接时，需要制定一个拼接顺序。

一种常用的策略是首先选择与已拼接部分最相似的碎纸片进行拼接，然后逐渐增加已拼接部分的面积，直到最终完成拼接。

拼接约束为了保证拼接的准确性，我们需要制定一些拼接约束。

第1篇一、实验目的1. 了解纸质文件受损的原因及表现。

2. 掌握纸质文件复原的基本方法和技术。

3. 提高对纸质文件保护和修复的意识。

二、实验原理纸质文件在长期保存过程中，容易受到多种因素的影响，如湿度、温度、光照、微生物等，导致纸张变质、字迹模糊、纸张破损等问题。

本实验通过采用不同的复原方法，对受损的纸质文件进行修复，以达到恢复文件原貌的目的。

三、实验材料与设备1. 实验材料：受损的纸质文件、无水乙醇、蒸馏水、脱脂棉、铅笔、橡皮擦、剪刀、透明胶带等。

2. 实验设备：放大镜、紫外线灯、恒温恒湿箱、显微镜等。

四、实验步骤1. 文件观察：首先对受损的纸质文件进行观察，了解其受损程度和类型，如纸张破损、字迹模糊、霉变等。

2. 清洁处理：对于受损的纸质文件，首先进行清洁处理。

用脱脂棉蘸取无水乙醇轻轻擦拭文件表面，去除污渍和灰尘。

3. 霉变处理：对于霉变的纸质文件，将文件放入恒温恒湿箱中，温度控制在25℃，湿度控制在60%，放置24小时，使霉菌失去活性。

4. 纸张修复：对于破损的纸张，可用剪刀剪成合适的形状，用透明胶带粘合，确保粘合牢固。

5. 字迹恢复：对于字迹模糊的文件，可用铅笔轻轻勾勒出字迹轮廓，然后用橡皮擦擦除铅笔痕迹，使字迹清晰。

6. 耐光处理：对于长期保存的纸质文件，可用紫外线灯照射30分钟，杀死文件表面的细菌和微生物。

7. 保存：将复原后的纸质文件放入恒温恒湿箱中，温度控制在25℃，湿度控制在60%，确保文件长期保存。

五、实验结果与分析1. 实验结果：通过采用上述方法，对受损的纸质文件进行复原，大部分文件恢复到较好的状态，字迹清晰，纸张完整。

2. 实验分析：本实验结果表明，纸质文件复原方法在一定程度上能够恢复受损文件的原貌。

但在实际操作过程中，需要根据文件受损程度和类型选择合适的复原方法，以保证复原效果。

六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了纸质文件复原的基本方法和技术，提高了对纸质文件保护和修复的意识。

关于碎纸片的自动拼接复原的数学模型问题摘要本文根据碎纸片内的文字特征、图片像素特征特点提出了基于文字特征的文档碎纸片自动拼接复原模型。

根据碎纸拼接模型提出了基于MATLAB[1]语言为核心的自动拼接算法，并用该算法的程序对碎纸机碎纸的实际例子进行了拼接实验。

对这类边缘相似的碎纸片的拼接，理想的计算机拼接过程应与人工拼接过程类似，即拼接时不但要考虑待拼接碎纸片边缘是否匹配，还要判断碎片内的字迹断线或碎片内的文字内容是否匹配。

然而由于理论和技术的限制，让计算机具备类似人类那种识别碎片边缘的字迹断线、以及理解碎片内文字图像含义的智能几乎不太可能。

但是利用现有的计算机技术，完全可以获取碎片文字所在行的几何特征信息，比如文字行的行高、文字行的间距等信息。

拼接碎片时如利用这些信息进行拼接，其拼接效率无疑比单纯手工拼接要高。

针对问题一，由于碎纸片数量比较少且只有纵向切割，采用比较简单的二值模型进行碎纸配对。

由于图像都具有三颜色RGB，扫描之后的碎纸片需要对其进行灰度处理得到一张灰度值图像，若定义原点之后，每一个像素点都具有X、Y坐标值，碎纸片的灰度值可构成一个二维矩阵。

二维矩阵的每一个元素都代表着碎纸片的特征值，根据图片每一个灰度值的大小即可判断出碎纸图片边界特性。

对于一个选定的纸片，将每一个待拼接碎纸片的二维矩阵的最左一列与其二维矩阵的最右一列进行差值比较，再求把所有的差值求和，生成一个相应的矩阵。

将该矩阵的最小值来作为相似度矩阵的判断条件，以此便可求出该图片是否能够成功拼接。

最后利用加权平均的融合方法进行图像无缝平滑，得到无缝拼接[2]图像。

针对问题二：根据附件3和附件4给出的碎片资料可以看出，碎片除了有纵向切割之外还有横向切割，这给单一的拼接算法带来了一定的困难。

本文根据图片的质量与清晰度可以将问题简化，将附录所给出的碎纸片用简单的算法进行分组归类，使得拼接问题变得单一化，先使用第一问的模型进行纵向拼接成11行之后，再以第一问的模型进行横向拼接。

碎纸片的拼接复原摘要本文研究了碎纸片的复原问题。

对已有的碎纸片，我们利用Matlab求碎纸片边各侧边线的灰度值，通过最小偏差平方和法进行碎纸片间的相互匹配，中间加入人工干预进行筛选，将附件中的碎纸片全部还原。

之后，我们将该方法进行推广，可用以处理更复杂形状碎图片的的还原问题。

对问题一：首先假定附件一所给仅纵切的碎纸片的行文方向与各碎纸片两侧边线垂直，在此基础上先人工干预，根据碎纸片的剪切规范，甄选出原始图片的第一张和最后一张碎纸片，编号分别为008和006。

其次通过Matlab求出图片边线处各小网格点的灰度值，采用最小偏差平方和法，对编号008碎片右边线处的灰度值和其它碎纸片的左边线处的灰度值进行对应网格点的数值匹配，找到最匹配的碎纸片。

附件二碎片的处理进行了类似处理，给出的复原图片见附表4。

对问题二：附件三文本既纵切又横切，同样我们假设所给附件三中碎纸片的行文方向与碎纸片的上下左右边线分别平行或垂直。

在问题一的算法基础上，通过Matlab求出各碎纸片的4条边线的边界灰度值，然后利用最小偏差平方和法，对上下左右四边进行灰度值匹配，当结果多个时，我们进行了人工干预。

附件四依照附件三的方法类似处理，最终的复原见附表7和附表9。

对问题三：附件五中的图片既纵切又横切而且是正反面。

我们参照问题一、二的处理方法，加入反面的灰度值测算，随机选择一张碎纸片与其他碎纸片进行遍历匹配，得出4张匹配的碎纸片后，以这4张碎纸片为下一起点，扩张匹配，最终给出的复原图见附表12。

为适应更一般的情形，我们在模型改进部分，给出了当碎纸片的文字行文方向与碎纸片两侧边线不垂直时的处理方法（只处理了边线为直线的情形）。

首先是通过测算出的碎纸片灰度值确定出碎纸片的边缘线，其次定出碎纸片边缘线附近网格点的灰度值，最后完成边线的的匹配。

关键词：人工干预灰度矩阵灰度值最小偏差平方和法一问题重述1.1问题背景纸片文字是人们获取和交换信息的主要媒介，尤其是在计算机技术飞速发展、数码产品日益普及的今天。

碎纸片的拼接复原摘要本文利用MATLAB软件将附件图像数字化，把图像转化为灰度矩阵进行处理。

问题一，本文利用边缘匹配模型和灰度匹配模型对碎纸片的边缘作分析。

基于，边缘部分的黑白分布越相近，两者相连的可能性越高的原理，得到附件1的排序是008，014，012，015，013，010，002，016，001，004，005，009，013，018，011，007，017，000，006 。

附件2的排序是003，006，002，007，015，018，011，000，005，001，009，013，010，008，012，014，017，016，004。

问题二，本文首先按行将小块进行分类，以简化模型。

在附件3中，将碎纸片分组，对分完组后的碎纸片采用字体矩形模型，实现同行间排序，将得到的行再通过匹配模型，从而拼出原文。

而对于附件4，本文建立四线格位置模型，将碎纸片进行分组。

计算过程中发现部分标号基线相同，但却与不同的行对应匹配，此时进行人工干涉。

然后运用行内匹配模型，对同行间的碎纸片排序。

附件3、附件4的排序结果见附录一。

关键词：灰度矩阵，匹配模型,相关性分析,三线格基线,人工干涉,最优化一.问题重述破碎文件的拼接一直以来都以人工为主，其准确度较高，但效率较为低下，不能承担短时间内完成巨大数量的碎片拼接任务，遏制了在司法物证复原、历史文献修复以及军事情报获取等领域的进一步发展。

随着计算机技术的发展，我们尝试运用计算机软件来实现对破碎文件的迅速拼接。

现问题如下：（1）、对于给定的来自同一页印刷文字文件的碎纸机破碎纸片（仅纵切），建立碎纸片拼接复原模型和算法，并针对附件1、附件2给出的中、英文各一页文件的碎片数据进行拼接复原。

如果复原过程需要人工干预，请写出干预方式及干预的时间节点。

复原结果以图片形式及表格形式表达。

（2）、对于碎纸机既纵切又横切的情形，请设计碎纸片拼接复原模型和算法，并针对附件3、附件4给出的中、英文各一页文件的碎片数据进行拼接复原。