数字测图 第七章 地图数字化

通过地形图数字化方法得到的数字地形图，其地形要素的位置精度不会高于原地形图的精度。目前常用的地形图数字化方法有手扶跟踪数字化和扫描屏幕数字化。§7.1概述图形数据图纸固定误差过程中的误差数字化设备数字化软件因为数字图像可以用二维矩阵来表示，所以，任何对矩阵进行加、减、乘、除、微分、积分等数学运算也可以对数字图像进行。线划跟踪是数字图像矢量化的基本方法。线划跟踪是一种根据组成线划的各个像元之间固有的连续关系依序提取线划的方法；其基本过程是，首先寻找线划起始点，然后按一定的策略和算法依序地追寻下一点。线划跟踪是在二值图像上进行的。§7.2栅格数据运算与矢量化原理一、栅格数据运算1.灰度值变换2.栅格图像的平移3.两个栅格图像的算术组合与逻辑组合4.加粗和减细二、线状栅格数据的细化1.最大数值计算法（c）保留最大值后的删格影像（a）原始栅格影像（b）经过一次最大值计算2.边缘跟踪剥皮法三、栅格数据自动跟踪矢量化1.细划线的跟踪6547i,j301201-1-1-01111-1-011101-，，，，，，，，，，，，，，majmai以(i，j)点为原点的各相邻像元的图像横坐标和纵坐标增量分别为：设(i1，j1)为起始点，则可在其相邻像元中寻找一个满足I(i2，j2)=1，该点即为跟踪得到的第2个点；然后再从(i2，j2)的相邻像元中寻找满足以下条件的点(i3，j3)：1313331,jjiijiI或按此方法依次进行，即可完成对细化图像上一条线划的跟踪而得到坐标串(i1，j1)，(i2，j2)，.…..(in，jn)。另一种记录和存贮跟踪结果的方式是采用Freeman链码，这是一种基于如图所示的八方向编码。21345678edddyxs,,......,,,,,8108,1id其中，s和e是线划的开始和终止标识符，x和y是线划起始点的图像坐标，di为线划第i点到i+1点的方向编码，一条线划Freeman编码通常是以如下形式给出的：2.区域边线的跟踪（1）确定一边界点作为起始点(i1，j1)。（2）在(i1，j1)的相邻像元中，寻找下一个边界点(i2，j2)。（3）判断最后两个跟踪得到的点之间的位置关系。majjjmaiiikkkk11（4）跟踪寻找下一点。（5）重复步骤（3）、（4），直至回到起始点为止。3.预测跟踪算法一、地形图扫描屏幕数字化工作步骤扫描屏幕数字化过程实质上是一个解释光栅图像并用矢量元素替代的过程。作业流程如图所示：§7.3地形图扫描屏幕数字化工作底图扫描图像输入生成原始光栅文件预处理细化处理矢量化检查编辑地物、注记识别和输出输出（一）原始光栅文件的预处理对原始光栅文件的预处理实际上是对原始光栅文件进行修正，经修正最后得到正式光栅文件，以格式TIFF、PCX、BMP存储。预处理的内容包括：（1）采用消声和边缘平滑技术除去原始光栅文件中因工作底图图面不洁、线条不光滑及扫描系统分辨率等的影响带来的图像划线带有的黑斑、孔洞、毛刺、凹陷等噪声，减小这些因素对后续细化工作的影响和防止图像失真；（2）对原始光栅图像进行图幅定位坐标纠正，修正图纸坐标的偏差；图幅定向，将扫描后形成的栅格图图像坐标必须转换到原地形图坐标系中；（3）进行图层、图层颜色设置及地物编码处理以方便矢量化地形图的后续应用。（二）正式光栅文件的细化处理细化处理过程是在正式光栅数据中，寻找扫描图像线条的中心线的过程。衡量细化质量的指标有：细化处理所需内存容量、处理精度、细化畸变、处理速度等；细化处理时要保证图像中的线段连通性，因此要进行必要的毛刺剔除和人工补断，细化的结果应为原线条的中心线。（三）地形图矢量化矢量化是在细化处理的基础上，将栅格图像转换为矢量图像。1.线段自动跟踪矢量化（1）指定线段的起点，记录其坐标；（2）以起点为中心，顺时针方向按上、右上、右、右下、下、左下、左、左上八个方向的像素，搜寻下一个未跟踪过的点，搜寻到后即记录其坐标，若未搜寻到点则退出。（3）以新找到的点作为新的判别中心，重复（2）的操作；按此循环，追踪到线段的另一端点，此时线段上的所有点都被自动追踪出来，结束追踪。对于封闭曲线的追踪，方法与线段追踪相同，只是追踪的终点坐标就是起点坐标。在线段追踪过程中，当遇到线段的断点或交叉点时，自动追踪停止；在人工干预跨过断点或指定追踪方向后继续完成后面的追踪。2.人机交互方式矢量化大比例尺地形图的地物、地貌要素符号以单一线条表示的符号较少，多数符号是以各种线型或以规则图像表示的。在地形图数字化时，不仅要进行图形数字化，而且同时要赋予如地物属性和等高线的高程等内容。人机交互方式矢量化方法是在计算机屏幕上显示扫描图，将其适当放大后，根据所用软件的功能，用鼠标标志效仿地形图手扶跟踪数字化的方法进行数字化。§7.4地形图扫描矢量化方法的精度分析（一）图纸扫描误差(±0.1mm)图纸扫描误差也称扫描仪响应误差，主要由扫描仪的性能参数、扫描对象的均匀度、原图中线的粗细、线划的密度、曲线复杂程度、图面洁净程度和处理扫描图的软件所决定。扫描仪的几何分辨率误差是该项误差中的主要误差来源，要减小该误差，只有提高扫描仪的几何分辨率。（二）图幅定向误差(±0.12mm)图幅定向：将采样点在图像坐标系中的量测坐标，转换成地形图坐标系坐标。定向点：这些用于计算转换系数需要用到的若干已知点（如内图廓点、图幅内的控制点等）。它们在地形图坐标系中的坐标是已知的，在图像坐标系中点的坐标是通过量测获得。工作底图定向误差由定向点误差和采样点测量误差构成，定向点误差与扫描分辨率的大小成反比，提高扫描分辨率可减少该项误差的影响。采样点测量误差与点的量测精度有关，点的量测精度可以通过量测过程中的一种称为自动对中算法的方法提高，达到量测精度极限，此项误差可以忽略不计。（三）图像细化误差（±0.1mm）许多扫描数字化软件都能正确地获得线段的中心线，即使在线段交叉处变形也是很小的，细化误差产生的点位误差为1个像素点。（四）矢量化误差（±0.1mm）在跟踪矢量化过程中，一般采用变步长保精度跟踪矢量化法，有折线代替曲线所产生的最大点位误差是1个像素点距。（五）地形图扫描屏幕数字化方法的精度估算2222sxdymmmmM扫扫M——地形图扫描屏幕数字化方法的中误差；my——图纸扫描误差；md——图幅定位误差；ms——矢量化误差。mx——图像细化误差；mm.M2110扫