本發(fā)明涉及古籍自動化修復，具體是一種集成最優(yōu)參數(shù)推理的古籍自動化修復系統(tǒng)。

背景技術：

1、目前，古籍修復工作主要依賴手工操作，但由于修復效率低下，加之修復技術人員的嚴重不足，導致無法進行大規(guī)模的古籍修復工作。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種集成最優(yōu)參數(shù)推理的古籍自動化修復系統(tǒng)，可根據(jù)待修復古籍紙張的材質屬性推理出合適的補紙與修復執(zhí)行機構的執(zhí)行參數(shù)，并構建出一套完整的自動化古籍修復方案，實現(xiàn)古籍的自動化修復操作，減輕了人力操作的繁瑣程度，極大地提升了古籍修復工作的效率。

2、本發(fā)明的技術方案為：

3、一種集成最優(yōu)參數(shù)推理的古籍自動化修復系統(tǒng)，包括有最優(yōu)參數(shù)推理系統(tǒng)、人機交互模塊、主控模塊和修復執(zhí)行機構，所述的最優(yōu)參數(shù)推理系統(tǒng)和人機交互模塊均布置于上位機上，主控模塊布置于下位機上，人機交互模塊、主控模塊均與最優(yōu)參數(shù)推理系統(tǒng)連接，修復執(zhí)行機構與主控模塊的信號輸出端連接；

4、所述的最優(yōu)參數(shù)推理系統(tǒng)包括有紙張數(shù)據(jù)庫和參數(shù)推理模型，通過人機交互模塊輸入破損古籍的紙張信息和破洞坐標信息，然后將輸入的破損古籍的紙張信息和破洞坐標信息發(fā)送給參數(shù)推理模型，參數(shù)推理模型將破損古籍的紙張信息與紙張數(shù)據(jù)庫中存儲的紙張樣本數(shù)據(jù)進行比對分析，得到與破損古籍紙張最為匹配的紙張樣本，作為補紙，然后根據(jù)破洞坐標信息、選用的補紙數(shù)據(jù)整合構建得到古籍修復方案；

5、所述的主控模塊根據(jù)生成的古籍修復方案中修復執(zhí)行機構的參數(shù)信息控制修復執(zhí)行機構中各種執(zhí)行模塊進行古籍修復操作。

6、所述的破損古籍的紙張信息包括有紙張類型、纖維類型、紙張厚度、紙張白度、紙張吸水性和紙張酸堿性信息。

7、所述的紙張數(shù)據(jù)庫中存儲的紙張樣本數(shù)據(jù)包括有各種紙張樣本的紙張名稱、紙張類型、纖維類型、紙張厚度、紙張白度、紙張吸水性和紙張酸堿性，以及對每種紙張樣本進行膠液配比實驗、激光裁切實驗、破洞邊緣涂膠實驗、吸附轉移實驗以及按壓貼合實驗得到的膠液配置比例參數(shù)和執(zhí)行模塊參數(shù)；所述的參數(shù)推理模型將破損古籍的紙張類型、纖維類型、紙張厚度、紙張白度、紙張吸水性和紙張酸堿性信息與紙張數(shù)據(jù)庫中存儲的各種紙張樣本的紙張類型、纖維類型、紙張厚度、紙張白度、紙張吸水性和紙張酸堿性進行一一比對分析，得到與破損古籍紙張最為匹配的紙張樣本，然后參數(shù)推理模型根據(jù)破洞坐標信息、紙張數(shù)據(jù)庫中存儲的此種紙張樣本的全部紙張樣本數(shù)據(jù)整合構建得到古籍修復方案。

8、所述的參數(shù)推理模型將破損古籍的紙張信息與紙張數(shù)據(jù)庫中存儲的紙張樣本數(shù)據(jù)進行比對分析，得到與破損古籍紙張最為匹配的紙張樣本的具體步驟為：

9、a1、參數(shù)推理模型首先對破損古籍紙張和各種紙張樣本的分類型數(shù)據(jù)，即紙張類型和纖維類型進行獨熱編碼處理，并轉換為數(shù)值向量；對連續(xù)型數(shù)據(jù)，即紙張厚度、紙張白度、紙張吸水性和紙張酸堿性進行標準歸一化處理，轉化為均值為0、標準差為1的正態(tài)分布；

10、a2、對于分類型數(shù)據(jù)轉換后的數(shù)值向量，計算破損古籍紙張和紙張數(shù)據(jù)庫中每種紙張樣本之間的漢明距離，漢明距離的計算過程見下式(1)；

11、

12、式(1)中，dh(p0，pi)是破損古籍紙張p0和紙張樣本pi之間的漢明距離，k是紙張的分類型數(shù)據(jù)中獨熱編碼后的離散特征數(shù)量，x0k和xik分別是破損古籍紙張p0和紙張樣本pi在第k個離散特征的取值，兩者不相等，則(x0k≠xik)取1，否則取0；

13、a3、對于連續(xù)型數(shù)據(jù)標準歸一化處理后的數(shù)據(jù)，計算破損古籍紙張和紙張數(shù)據(jù)庫中每種紙張樣本之間的歐式距離，歐式距離的計算過程見下式(2)；

14、

15、式(2)中，do(p0，pi)是破損古籍紙張p0和紙張樣本pi之間的歐式距離，n是紙張的標準化數(shù)據(jù)中的連續(xù)特征數(shù)量，y0n和yin是破損古籍紙張p0和紙張樣本pi在第n個連續(xù)特征的取值；

16、a4、將每種紙張樣本對應的漢明距離和歐式距離進行加權求和，得到紙張數(shù)據(jù)庫中每種紙張樣本對應的gower距離，gower距離的計算過程見下式(3)；

17、

18、式(3)中，dg(p0，pi)是破損古籍紙張p0和紙張樣本pi之間的gower距離，n+k是分類型數(shù)據(jù)獨熱編碼后的離散特征數(shù)量和標準化數(shù)據(jù)中的連續(xù)特征數(shù)量之和，w1和w2為設定的權重參數(shù)；

19、a5、將紙張數(shù)據(jù)庫中各種紙張樣本與破損古籍紙張之間對應的gower距離進行大小排序，選取最小gower距離對應的紙張樣本作為與破損古籍紙張最為匹配的紙張樣本。

20、所述的修復執(zhí)行機構包括有主xy運動軸，副xy運動軸，設置于主xy運動軸末端上的涂膠模組、吸附轉移模組和按壓模組，設置于副xy運動軸末端上的激光器模組，以及古籍修復平臺用漩渦真空吸附風機和補紙裁切平臺用漩渦真空吸附風機。

21、所述的古籍修復方案中修復執(zhí)行機構的參數(shù)信息為json數(shù)據(jù)格式，分為以下五個階段的參數(shù)信息：

22、b1、準備階段：選用的補紙的紙張名稱、紙張類型、纖維類型、紙張厚度、紙張白度、紙張吸水性和紙張酸堿性，以及膠液配置比例參數(shù)；

23、b2、激光裁切階段：副xy運動軸和激光器模組的運動參數(shù)、狀態(tài)以及裁切軌跡信息；

24、b3、破洞輪廓涂膠階段：主xy運動軸和涂膠模組的運動參數(shù)、狀態(tài)以及涂膠軌跡信息；

25、b4、補紙吸附轉移階段：主xy運動軸和吸附轉移模組的運動參數(shù)、狀態(tài)以及吸附轉移軌跡信息；

26、b5、按壓貼合階段：主xy運動軸和按壓模組的運動參數(shù)、狀態(tài)以及按壓軌跡信息。

27、所述的下位機上還布置有與主控模塊連接的觸摸顯示屏，觸摸顯示屏用于修復執(zhí)行機構自動化啟動和暫?？刂浦噶畹妮斎搿⒉@示修復執(zhí)行機構各執(zhí)行模塊的執(zhí)行進度。

28、所述的修復執(zhí)行機構進行古籍修復操作的具體步驟為：

29、c1、準備階段：將破損古籍紙張放置于古籍修復平臺上，待裁切補紙放置在補紙裁切平臺上，并在膠液容器中倒入配置好的膠液，通過觸摸顯示屏將古籍修復平臺用漩渦真空吸附風機和補紙裁切平臺用漩渦真空吸附風機開啟，使得破損古籍紙張被吸附于古籍修復平臺上，待裁切補紙被吸附于補紙裁切平臺上，再通過觸摸顯示屏開啟自動化修復程序；

30、c2、激光裁切階段：主控模塊控制副xy運動軸切換為絕對運動模式，以設定的速度定點運動至裁切軌跡的標定初始點，然后開啟激光器模組預熱一定時間后，主控模塊控制副xy運動軸帶動激光器模組沿著裁切軌跡以m4動態(tài)功率模式對補紙裁切平臺上的待裁切補紙進行裁切，裁切任務結束后，主控模塊關閉激光器模組，副xy運動軸執(zhí)行復位指令，激光裁切任務完成，執(zhí)行進度實時在觸摸顯示屏的執(zhí)行進度顯示界面上實時顯示；

31、c3、破洞輪廓涂膠階段：主控模塊控制涂膠模組執(zhí)行涂膠筆尖預濕潤操作，然后控制主xy運動軸切換為絕對運動模式，以設定的速度定點運動至涂膠軌跡的標定初始點，主xy運動軸再帶動涂膠模組以設定的速度沿著涂膠軌跡進行破洞輪廓涂膠操作，執(zhí)行進度實時在觸摸顯示屏的執(zhí)行進度顯示界面上實時顯示；

32、c4、補紙吸附轉移階段：主控模塊控制主xy運動軸以設定的速度定點運動，使吸附轉移模組的真空吸盤中心對準已裁切的補紙的中心點，然后控制補紙裁切平臺用漩渦真空吸附風機關閉，再控制吸附轉移模組的真空吸盤下移吸附住已裁切的補紙后，主xy運動軸按設定速度帶動吸附轉移模組按運動參數(shù)運動至使真空吸盤中心與破損古籍紙張破損區(qū)域的中心點重合，然后再次控制吸附轉移模組的真空吸盤下移，將補紙與破損古籍紙張破損區(qū)域重疊，真空吸盤再解除吸附功能，補紙吸附于古籍修復平臺上并與破損古籍紙張上涂膠后的破洞粘合，同時吸附轉移模組的真空吸盤上移復位，執(zhí)行進度實時在觸摸顯示屏的執(zhí)行進度顯示界面上實時顯示；

33、c5、按壓貼合階段：主控模塊控制主xy運動軸以設定的速度定點運動，使按壓模組按壓圓盤的中心運動至按壓軌跡的第一個按壓坐標點后，主xy運動軸帶動按壓模組沿著按壓軌跡進行按壓操作，每運動到一個按壓坐標點處，按壓模組的按壓圓盤以設定的下降速度下移進行一次按壓操作，按壓結束后，按壓模組的按壓圓盤上移復位，主xy運動軸執(zhí)行復位指令，觸摸顯示屏的執(zhí)行進度顯示界面上實時顯示修復結束。

34、所述的主xy運動軸以初始狀態(tài)下涂膠模組的涂膠筆尖為原點建立主坐標系，副xy運動軸以初始狀態(tài)下激光器模組的激光光斑為原點建立副坐標系，主坐標系和副坐標系在x軸和y軸方向上均反向，δx表示主坐標系坐標原點與副坐標系坐標原點在橫坐標方向上的距離，δy表示主坐標系坐標原點與副坐標系坐標原點在縱坐標方向上的距離，副坐標系的坐標點(xslave，yslave)轉化為主坐標系的坐標點(xmaster，ymaster)滿足下式(1)：

35、

36、通過實際測量測得吸附轉移模組真空吸盤中心、按壓模組按壓圓盤中心與涂膠筆尖在二維平面x、y軸方向上的相對距離，基于真空吸盤中心、按壓圓盤中心和涂膠筆尖的相對位置關系，進而控制主xy運動軸移動來改變涂膠筆、真空吸盤與按壓圓盤的二維平面位置；

37、所述的補紙吸附轉移階段，補紙的中心點是將副坐標系下補紙的中心點坐標轉化至主坐標系下對應的坐標點，即為真空吸盤中心的吸附點。

38、所述的破洞輪廓涂膠階段，涂膠的標定初始點與終止點位置重合，涂膠筆在此處產(chǎn)生多余的膠液，涂膠模組在此處對多余的膠液進行回吸。

39、本發(fā)明的優(yōu)點：

40、(1)、本發(fā)明在上位機上布設最優(yōu)參數(shù)推理系統(tǒng)和人機交互模塊，人機交互模塊實現(xiàn)待修復古籍紙張參數(shù)的輸入和古籍修復方案的輸出顯示，最優(yōu)參數(shù)推理系統(tǒng)可針對不同類別的古籍紙張自動推理出最優(yōu)的補紙類型及補紙對應的修復參數(shù)，并整合破損古籍紙張的破洞坐標信息進而生成一套完整的自動化古籍修復方案，保證了可修復古籍種類的廣泛性。

41、(2)、本發(fā)明在下位機上布設主控模塊，主控模塊接收自動化古籍修復方案的參數(shù)信息，根據(jù)參數(shù)信息控制修復執(zhí)行機構的執(zhí)行模塊進行自動化修復，在不降低古籍修復質量的同時，提高紙質古籍修補的效率。

42、(3)、本發(fā)明在上位機上布置有與主控模塊連接的觸摸顯示屏，觸摸顯示屏用于修復執(zhí)行機構的自動化啟動、并顯示修復執(zhí)行機構各執(zhí)行模塊的執(zhí)行進度，實現(xiàn)主控模塊控制的啟動、暫停和狀態(tài)顯示功能，便于修復人員實時掌握古籍修復的進度，實現(xiàn)輔助控制的功能。