12 图形矢量化及R2V使用方法简介

第三篇常用地质制图软件的使用方法在地质领域使用较多的还是矢量图，为了将纸质的一些复杂图形（如地形图）输入计算机变为矢量图，过去一般采用数字化仪进行数字化的方法，但这种方法费时费力，且速度较慢。

目前多采用扫描矢量化的方法，即通过扫描仪将纸质图件变为栅格图形，然后用专门的矢量化软件变为矢量图形。

可用于地质制图的软件较多，有通用制图软件，如AutoCAD、MicroStation，也有用于特定行业领域的专门开发的软件，本篇主要介绍矢量化软件R2V及常用地质制图软件的使用方法。

12 图形矢量化及R2V使用方法简介前面已讲过，图形数据的数据结构分为矢量数据和栅格数据，虽然它们各有其自身的优势和不足，都能方便地被计算机存储、识别和处理，都可以作为数字化成图系统的数据源。

然而，就目前实际使用的情况来看，可能是基于精度和存储量方面的考虑，在大比例尺数字化成图系统中，一般很少将栅格数据结构作为其内部数据结构，而是将其作为一种可以支持的外部数据源(例如，扫描仪产生的图像文件)。

具体的作法是将栅格数据转化为矢量数据后导入系统之中。

在数字化成图系统的外部，一般就需要实现矢量数据与栅格数据的转换。

12.1 栅格数据转化为矢量数据的基本方法一般情况下，栅格数据到矢量数据的转换(常被称为矢量化)要经过三个过程：二值化、细化和跟踪。

对于部分工程扫描仪，二值化过程一般是在扫描时完成的，这时矢量化的主要过程就是细化和跟踪。

（1）二值化由于扫描后的图像是按从0~255的不同灰度值量度的不同灰度级存储的，为了进行栅格数据矢量化的转换，需将这种256级不同的灰阶压缩到2个灰阶，即0和1两级，这就称为二值化。

二值化的关键是在灰度级的最大值和最小值之间选取一个阈值，如下式所示，当灰度级小于阈值时取值为0，当灰度级大于阈值时取值为l。

阈值可根据经验进行人工设定，虽然人工设定的值往往不是最佳阈值，但在扫描图比较清晰时是行之有效的。

161162 ⎪⎩⎪⎨⎧≥=T j i G T j i G j i B ),(0),(1),(如果如果式中：T —阈值G （i ,j ）—灰度值（2）细化所谓细化就是将二值图像像元阵列逐步剥除轮廓边缘的点，使之成为线划宽度只有一个像元的骨架图形。

细化后的图形骨架既保留了原图形的绝大部分特征，又便于下一步的跟踪处理。

细化基本要求是：保持原线划的连续性；线宽只为一个像元；细化后的骨架应是原线划的中心线；保持图形的原有持征。

对于栅格线划的“细化”方法，可分为“剥皮法”和“骨架化”两大类。

剥皮法的实质是从曲线的边缘开始，每次剥掉等于一个栅格宽宽一层，直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。

因为一条线在不同位置可能有不同的宽度，故在剥皮过程中必须注意一个条件即不允许剥去会导致曲线不连通的栅格，这是该方法的技术关键所在。

“骨架化”法的细化的基本过程是：①确定需细化的像元集合②移去不是骨架的像元；③重复①、②，直到仅剩骨架像元。

（3）跟踪跟踪是将细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。

跟踪时，从图幅西北角开始，按顺时针或逆时针方向，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索，依次跟踪相邻点。

并记录结点坐标，然后搜索闭曲线，直到完成全部栅格数据的矢量化，写入矢量数据库。

需注意的是，已追踪点应作标记，防止重复追踪。

12.2 矢量化软件R2V 简介目前，矢量化软件非常多，如R2V ，VP 、CASS 等，另外，基础地理信息系统软件一般都具有矢量化功能。

本节简要介绍R2V 软件的矢量化操作方法。

R2V （Raster2V ector ）是Windows 环境下一款高级光栅图矢量化软件系统。

该软件系统将强有力的智能自动数字化技术与方便易用的菜单驱动图形用户界面有机地结合到 Windows 环境中，为用户提供了全面的自动化光栅图像到矢量图形的转换，它可以处理多种格式的光栅（扫描）图像，是一个可以用扫描光栅图像为背景的矢量编辑工具。

由于该软件的良好的适应性和高精确度，加之具有图形校正、输出格式多样的特点，其非常适合于 GIS 、地形图、CAD 及科学计算等应用。

12.2.1 R2V 的用户界面R2V 的用户界面如图12.2.1所示，主要包括：163图12.2.1 R2V 用户界面（1）菜单R2V 的菜单主要包括文件（图12.2.2a ）、编辑（图12.2.2b ）、查看（图12.2.2c ）、图像（图12.2.2d ）、矢量（图12.2.2e ）、窗口、帮助等。

主要子菜单如图12.2.2所示。

(a) (b) (c)164(d)(e)图12.2.2 R2V 的主要菜单 除了下拉式菜单外，当鼠标在用户工作区时，点单击右键会弹出快捷菜单（图12.2.3）。

(2)工具栏 图12.2.3 R2V 的快捷菜单 除了菜单外，R2V 提供了大量的工具栏，利用这些工具可完成图纸矢量化的大部分操作。

(3)工作区屏幕中间的部分为用户的工作区，在此工作区显示栅格图件，并进行矢量化工作。

12.2.2 R2V 的矢量化步骤第一步，双击R2V 图标起动程序。

第二步，选择File/Open Image or Project（打开图像或工程文件）打开一光栅图像文件，在打开文件对话框中输入图像文件名（*.TIF、*.JPG或*.BMP等）。

原始光栅图像文件显示在图像窗口中。

第三步，通过拖动鼠标调整图像窗口尺寸，图像会按正确的纵横比缩放。

功能键：选定一个矩形区域后按F2键可放大窗口，按F3键则缩小显示。

光标键及PgUp及PgDn键可用于在图像的不同部位移动放大的窗口。

第四步，改善图像质量。

如果光栅图像为1位黑白图像，你可以通过“查看”/“设置图像颜色”选项调整图像显示颜色。

如果是灰度图像，则使用Adjust Contrast选项来改变图像显示质量。

可通过图像处理功能来去除图像上的“噪点”等，改变图像的分辨率等。

可通过图像处理功能来提高矢量化的质量，也可通过以使用图像菜单下的“旋转”选项旋转图像等。

第五步，图层设计。

根据矢量化图件的类型和用途，做好图层设计，不同的对象要存放在不同的图层上，这样会对以后图形的编辑、应用带来极大的方便。

使用“编辑”菜单/“图层定义”选项可完成图层的定义（图12.2.4），定义图层时，线编辑功能应处于关闭状态，否则，图层定义功能不可选。

所需层定义好后，选择一层作为当前层来保存自动或手动矢量化的数据。

该层数据矢量化完成后，选择其他层作为当前层，在其上作其他的矢量化工作。

矢量化时，建议仅仅打开当前层而关掉所有的其他层，这样在编辑或处理时，仅有当前层的数据才被处理而不致影响到其他层的数据。

如果在矢量化时，矢量化的对象存储的图层不对，可采用R2V的图层管理功能修改图层（图12.2.5）。

图12.2.4 R2V图层管理对话框第六步，矢量化。

如果扫描图像质量够好，且内容较单一（以线条为主），你也可以选择“矢量化”/“自动矢量化”功能直接进行全自动矢量化。

系统会显示一对话框供设置矢165量化参数，选择START即可开始矢量化处理。

识别出的矢量线段将以绿色显示在图像窗口中。

图12.2.5 图层转换对话框如果图像比较复杂，有各种图素混和在一起，就须使用R2V的交互跟踪功能进行有选择的矢量化。

为进行交互跟踪，先选择“编辑”/“编辑线段”选项，进入线编辑器，进入线编辑器后，通过选择主菜单、工具条或弹出菜单条中选项光标处于新线编辑状态，并确认自动跟踪项被选中（参见图12.2.3）。

先用鼠标左键在要跟踪矢量的线上点一点，再用同样的方法在该线上另点一点，以便系统自动跟踪，在有图像交叉或断裂的地方，跟踪会暂停等候你点下一点继续跟踪。

可以用<Backspace>键删除最后的跟踪点，当一条线跟踪矢量完后，按<Space>空格键或其他键结束。

重复上面的步骤，跟踪矢量其他的线段。

如果要在其他层上进行跟踪矢量化，仅需将其设为当前层，然后进行跟踪处理即可。

如果需要同时矢量化一组线，如地形等高线，可以使用线编辑器中的多线跟踪功能。

在主菜单、工具条或弹出菜单条中选择多线跟踪（Multi-Line Trace）模式，按下鼠标左键横跨需要跟踪的一组线段画一直线，R2V会自动矢量化所选择的这些线。

对其他的线重复这样操作即可。

第七步，使用“编辑”/“编辑线段”选项编辑矢量化过的线段，用鼠标右键可调出编辑选项弹出式菜单。

编辑功能可从主菜单“编辑”/“编辑线段”选项调用或直接按主菜单下的工具条。

使用编辑器，可以添加线，添加、移动、删除结点，断开线，删除线，删除选择区或所有的线。

在设置ID值参数后，线可被指定的ID值标注。

各种矢量数据后处理及显示命令在V ector菜单项下可选用。

第八步，为了将生成的矢量数据转换到特定的投影坐标系统中，使用矢量化（V ector）/选择控制点（Select Control Points）选项去设定控制点。

可以选择4点或更多的点并指定其目的坐标。

需要注意的是，在矢量数据被输出到矢量文件之前，控制点并未作用于矢量数据。

只有在数据输出到文件时，坐标校正才起作用。

具体操作时，先将光标定位到已知点并单击鼠标左键，会弹出控制点对话框要求你输入该点的校准坐标值（图12.2.6）。

也就是说，如果你想将光栅坐标位置(10,10)映射到新的166167 投影坐标系统位置(1000,1000)，那么，源坐标应输入(10,10)而目的坐标则应输入(1000,1000)。

通常情况下，尽管你可以选择更多的控制点但4个点已经足够进行坐标校正了。

应该注意的是，坐标校正的精度主要取决于控制点的选择质量而不是选择控制点的多少。

注意：一旦矢量数据被变换到新的 图12.2.6 定义控制对话框坐标系统中，它们不会再与原始光栅图像配准了。

所以应保存一份未校正的矢量数据，使以后能够用原图像作背景编辑修改。

在对矢量化图形进行控制点校正时，有Bi-Linear （双线性法）和Triangulation （三角网法）两种控制点校正方法。

无论Bi-Linear （双线性法）或是Triangulation （三角网法）都将产生几何变换，将矢量化数据从一个坐标系统（一般是原始光栅坐标系统）转换到另一个坐标系统（一般是GIS 或CAD 软件的坐标系统）。

然而，这两种方法处理数据的方法有一定的差异，具体校正时，可根据还需要选择一种方法，下面给出两种校正方法的特点：① Bi-Linear （双线性法）可以有效地修正全局失真，而Triangulation （三角网法）对于局部误差失真修正效果更好。

双线性法运用最小方差生成变换规则并作用于整个图像，而不论你选择控制点的多少。

控制点的位置在转换后并不能保持在原位。