Αποκατάσταση ψηφιακών εγγράφων και εικόνων
Authors: Μακρίδης Μιχαήλ 
Published: January 2014

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών στον τομέα αποκατάστασης ψηφιακών εγγράφων και εικόνων. Το πλήθος των προβλημάτων που εμφανίζονται εξαιτίας φυσικής φθοράς, παλαιότητας ή σαν αποτέλεσμα της διαδικασίας ψηφιοποίησης εγγράφων και εικόνων, δεν επιτρέπει την ανάπτυξη καθολικών τεχνικών για την αντιμετώπισή τους. Η αποκατάσταση ψηφιακών εγγράφων και εικόνων καλύπτεται από ένα μεγάλο φάσμα εξειδικευμένων τεχνικών που απαντώνται στη διεθνή βιβλιογραφία. Το αμείωτο ερευνητικό ενδιαφέρον που υπάρχει για τέτοιου είδους προβλήματα και η πρακτική σημασία των περισσοτέρων εξ αυτών, αποτέλεσε το μεγαλύτερο ερέθισμα για το θέμα της διατριβής. Συνολικά, κατά τη διάρκειά της προτεινόμενης διδακτορικής διατριβής έχουν αναπτυχθεί και υλοποιηθεί πέντε τεχνικές εστιασμένες σε κοινά και ενδιαφέροντα προβλήματα αποκατάστασης εγγράφων και εικόνων, όπως είναι η δυαδικοποίηση αλλοιωμένων εγγράφων, η αποκατάσταση της κλίσης τοπικά και καθολικά, η εξαγωγή γραμμών κειμένου, λέξεων και χαρακτήρων από παλαιά φθαρμένα έγγραφα, ο εντοπισμός περιοχών κειμένου σε εξώφυλλα βιβλίων πολύπλοκης δομής και η επίλυση ψηφιακού puzzle. § Η τεχνική δυαδικοποίησης εφαρμόζεται σε έγγραφα αποχρώσεων του γκρι. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των εγγράφων της βάσης που χρησιμοποιήθηκε είναι η μεταβαλλόμενη αντίθεση τοπικά. Το πρόβλημα αυτό δεν επιτρέπει τη δυαδικοποίηση με χρήση καθολικού κατωφλίου. Στο στάδιο της προ-επεξεργασίας εκτελείται η διαδικασία εκτίμησης του υπόβαθρου, που αφαιρούμενο από την αρχική εικόνα, οδηγεί σε εμπλουτισμό της ποιότητας του αρχικού εγγράφου. Στη συνέχεια, το έγγραφο μετασχηματίζεται και δημιουργείται ο πίνακας 3D SFM. Η ταξινόμηση του πίνακα χωρίζει το αρχικό έγγραφο σε επίπεδα προσκηνίου και υπόβαθρου. Ο αντίστροφος μετασχηματισμός και η σύνθεση των επιπέδων του προσκηνίου οδηγούν στην τελική δυαδική μορφή του εγγράφου. § Η δεύτερη τεχνική ασχολείται με την ανίχνευση και αποκατάσταση της κλίσης σε έγχρωμα έγγραφα πολύπλοκης δομής. Τέτοιου είδους έγγραφα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και δυσκολίες. Το υπόβαθρό τους έχει ανομοιόμορφη υφή και είναι αναμεμειγμένο με γραφικά, γραφήματα και περιοχές κειμένου. Η προτεινόμενη τεχνική εφαρμόζει μείωση χρωμάτων στην αρχική εικόνα, χωρίζοντάς την στη συνέχεια σε επίπεδα φωτεινοτήτων. Με κατάλληλα κριτήρια, συνθέτει τα συνδεδεμένα αντικείμενα των επιπέδων δημιουργώντας μια δυαδική μορφή της αρχικής εικόνας. Πάνω στην εικόνα αυτή εντοπίζονται κλίσεις ευθειών κατά τις οποίες υπάρχουν διατεταγμένα συνδεδεμένα αντικείμενα. Τέλος, με στατιστική επεξεργασία των τοπικών κλίσεων που εντοπίστηκαν ανιχνεύεται η καθολική κλίση της αρχικής εικόνας. Για τον εντοπισμό της τοπικής κλίσης ενσωματώνεται στη μέθοδο, μια διαδικασία τμηματοποίησης του δυαδικού αποτελέσματος. Στη συνέχεια οι τοπικές κλίσεις εντοπίζονται ξεχωριστά για κάθε περιοχή της εικόνας. § Η τρίτη τεχνική αναπτύχθηκε και υλοποιήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου «ΠΟΛΥΤΙΜΟ» και εφαρμόζεται στην τμηματοποίηση παλαιών και φθαρμένων εγγράφων σε γραμμές κειμένου, λέξεις και χαρακτήρες. Κατά την ανάπτυξη της τεχνικής υλοποιήθηκε ο προσαρμοστικός αλγόριθμος εξομάλυνσης κατά μήκος διαδρομής (ARLSA) που αποτελεί μια τροποποιημένη έκδοση του γνωστού RLSA για έγγραφα με πολύ καλύτερα αποτελέσματα. § Η τέταρτη τεχνική ασχολείται με τον εντοπισμό περιοχών κειμένου σε έγχρωμα έγγραφα πολύπλοκης δομής. Το αρχικό έγγραφο διαχωρίζεται σε δυαδικά επίπεδα. Το κάθε επίπεδο επεξεργάζεται χωριστά και τμηματοποιείται σε σύνολα συνδεδεμένων αντικειμένων (patterns). Η ταξινόμηση των συνόλων αυτών, σε σύνολα κειμένου και μη-κειμένου, γίνεται με χρήση του ασαφούς νευρωνικού ταξινομητή ANFIS με πολύ καλά αποτελέσματα. § Η τελευταία τεχνική αφορά την επίλυση ψηφιακού puzzle. Αρχικά δημιουργούμε το πρόβλημα με τον διαχωρισμό της αρχικής εικόνας με τυχαίο τρόπο σε ένα σύνολο κομματιών. Αυτά περιστρέφονται με τυχαία γωνία και τροφοδοτούν την είσοδο της τεχνικής. Η επίλυση του προβλήματος επιδιώκει τη συναρμολόγηση των κομματιών ανά ζεύγη, πάνω σε χαρακτηριστικά σημεία του περιγράμματος και βασίζεται στη χρήση γεωμετρικών χαρακτηριστικών και χρωματικής πληροφορίας.