第四章 地图的数字化
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二、图幅定向误差
工作底图定向误差包括: 定向点误差 采样点量测误差 定向点误差与扫描分辨率的大小成反比, 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 减小该项误差的影响; 300pdi分辨率的扫描仪器定向误差一般取± 12mm。 300pdi分辨率的扫描仪器定向误差一般取±0.12mm。
三、图像细化误差
图幅定向误差m 图幅定向误差md 图纸扫描误差m 图纸扫描误差my 图像细化误差m 图像细化误差mx 矢量化误差m 矢量化误差ms
一、图纸扫描误差
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、原图中线划的粗细、线划的密度、 扫描对象的均匀度、原图中线划的粗细、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。 复杂程度、图面洁净程度和处理扫描图的软件所决定。 300pdi分辨率的扫描仪器图纸扫描误差取± mm。 300pdi分辨率的扫描仪器图纸扫描误差取±0.1mm。
和列规则划分的栅格数据,然后用扫描矢量化软件,采用人机 交互与自动化跟踪相结合的方法完成地形图的矢量化。
一、扫描屏幕数字化工作步骤
扫描矢量化过程的实质:解译栅格图像并用矢 量元素替代的过程。
工 作 地 图 扫 描 图 像 输 入 预 处 理 细 化 处 理 、 化 检 查 与 编 辑 出 输
扫描
化
细化原理:计算原始栅格数据格线交点的V值,每点的 计算原始栅格数据格线交点的V
V值是该点左上、右上、左下、右下四个栅格灰度值的和, 其中要素栅格灰度为“1”,背景栅格灰度为“0”。因为 其中要素栅格灰度为“1”,背景栅格灰度为“0”。因为 每点周围至多为四个“1”,所以Vmax= Vmin= 每点周围至多为四个“1”,所以Vmax=4,Vmin=0,然后 选取最大V值的点。显然,最大V 选取最大V值的点。显然,最大V值点不可能位于线划边缘, 而位于线划内部。如果经一次细化仍嫌太粗,还可以将所 有最大V值点的灰度值重新赋为“1”,而将其它V 有最大V值点的灰度值重新赋为“1”,而将其它V值点的灰 度值重新赋为“0”,进而再选取最大V值点,……。 度值重新赋为“0”,进而再选取最大V值点,……。
第四章
地图数字化
地图数字化概述 §4.1 地图数字化概述 §4.2 栅格数据运算与矢量化原理 §4.3 地图扫描屏幕矢量化方法 §4.4 地图扫描矢量化方法的精度分析
地图数字化概述 §4.1 地图数字化概述
一、地图数字化概念
地图数字化: 地图数字化:把纸质地形图通过图形数字化仪或扫描仪
等设备输入到计算机, 等设备输入到计算机,再用专业软件进行处理和编辑将其 转换成计算机能存储和处理的数字地形图。 转换成计算机能存储和处理的数字地形图。 实质:将图形转化为数据。 实质:将图形转化为数据。
2.栅格图像的平移 2.栅格图像的平移
3.栅格图像的算术组合与逻辑组合 3.栅格图像的算术组合与逻辑组合
将两个栅格图像互相叠置, 算术运算:将两个栅格图像互相叠置,使它们对应像 元的灰度值相加、相减、 元的灰度值相加、相减、相乘等 。
A
B
A+B
将两个图像相对应的像元, 逻辑组合:将两个图像相对应的像元,利用逻辑算子 “或”、“异或”、“与”和“非”进行逻辑组合。 异或” 进行逻辑组合。
2.边缘跟踪剥皮法 2.边缘跟踪剥皮法
细化原理:先寻找到一个位于线划影像边缘上的像元,接着以此像元为
中心,按一定顺序(例如,顺时针方向) 中心,按一定顺序(例如,顺时针方向)检测其八个邻域的灰度值。通过这次 检测,可以同时达到两个目的,一是决定本中心像元应不应该被置成“0”; 检测,可以同时达到两个目的,一是决定本中心像元应不应该被置成“0”; 二是找到与本中心像元相邻的边缘像元,以便继续“剥皮”和跟踪。
作
1.预处理 1.预处理
扫描地形图工作底图得到的原始光栅文件,还需进行 多项处理才能完成矢量化。预处理过程实际上是对原始光 栅文件进行修正。
噪声消除 图像纠正 图层设置 地物编码
图幅定位 图幅定向
2.细化处理 2.细化处理
细化处理过程是在正式光栅数据中, 细化处理过程是在正式光栅数据中 , 寻找扫描 图像线条的图形原骨架也就是线条中心线的过程。 图像线条的图形原骨架也就是线条中心线的过程。 寻找线条中心线 人工补断和毛刺剔除
算。
减细:加粗0像元就是减细 像元。 像元就是减细1像元 减细:加粗 像元就是减细 像元。
二、线状栅格数据的细化
为了便于线状影像的自动跟踪矢量化,应进行线状栅格 为了便于线状影像的自动跟踪矢量化, 数据的细化, 提取线状栅格的中轴线。 数据的细化,即提取线状栅格的中轴线。
1.最大值计算法 1.最大值计算法
2.仿射变换 2.仿射变换
与线性变换相比, 与线性变换相比,仿射变换还顾及到了X,Y 两个方向 比例变化的不一致性, 比例变化的不一致性,其数学模型为
6个变换参数,至少需要3个定向点,一般采用3个以上 个变换参数,至少需要3个定向点,一般采用3 的定向点采用平差的方法求解。实际作业中, 的定向点采用平差的方法求解。实际作业中,通常选择地图 个图廓点作为定向点 作为定向点。 的4个图廓点作为定向点。 坐标平移、旋转和X、 特点:坐标平移、旋转和 、Y 方向 不同缩放
1.赫尔黙特变换 1.赫尔黙特变换
为地图坐标系, 设XOY为地图坐标系, xoy 为地图坐标系 为数字化仪坐标系, 为数字化仪坐标系,两坐标系 的坐标轴之间的夹角为α。 的坐标轴之间的夹角为 。地图 西南角图廓点O的地图坐标为 的地图坐标为X 西南角图廓点 的地图坐标为 0 数字化仪坐标为x 和Y0 ,数字化仪坐标为 0和y0, 点相对于xoy坐标原点 即O点相对于 坐标原点 的平 点相对于 坐标原点o的平 移距离为x 移距离为 0,y0 。
数字化方法有:
手扶跟踪数字化 地图扫描屏幕数字化
注:地形图数字化后,地形要素的位置精度不会高于原
地形图的精度。
二、地图定向
图纸定位: 图纸定位 : 将数字化仪坐标系转换成地形图坐 标系的过程或将图纸坐标转换成测量坐标的过 标系的过程 或将图纸坐标转换成测量坐标的过 程。 实质:坐标变换(确定坐标系间的变换参数) 实质:坐标变换(确定坐标系间的变换参数) 平移 坐标变换 旋转 缩放
五、扫描屏幕数字化方法的的精度估算
扫描屏幕数字化方法的误差可由下式计算:
扫描屏幕数字化方法 的 误差为:
用集合运算的符号表示: A“或”B的结果是 A∪B={x:x∈A或x∈B}; A“与”B的结果是 A∩B={x:x∈A且x∈B}; A“异或”B的结果是 A“非”B的结果即为A集与B集的差:
A或B
A与B
A异或B
A非B
4.加粗和减细 4.加粗和减细
加粗:将原图向上、 左平移得到私服新图与原图进行“ 加粗:将原图向上、右、下、左平移得到私服新图与原图进行“或”运
判别依据:在测试中通过有条件的计数,得到除中心像元外,八个邻域
中自相连通的像元块数 NB。若NB <2,则当前被考察的点(i,j)可以被 <2,则当前被考察的点( “剥”掉;反之,若NB ≥2,则不可“剥”去,否则将破坏曲线的连通性。 ≥2,则不可“剥”去,否则将破坏曲线的连通性。 在跟踪分析过程中,被判别为应该删掉的“1”像元,作上标记“3”, 在跟踪分析过程中,被判别为应该删掉的“1”像元,作上标记“3”, 被判为应该保留的像元,作上标记“2”。等整幅影像中所有的边缘都被 被判为应该保留的像元,作上标记“2”。等整幅影像中所有的边缘都被 跟踪过一遍后,将全图栅格灰度值作一个统一处理:凡是灰度值为“3” 跟踪过一遍后,将全图栅格灰度值作一个统一处理:凡是灰度值为“3” 的像元均置成“0”,凡是灰度值为“2”的像元均恢复为“1”。此时, 的像元均置成“0”,凡是灰度值为“2”的像元均恢复为“1”。此时, 可谓一次细化已完成。
式中: 为尺度因子。 式中:λ为尺度因子。
令
, ,则
,
和
上式即赫尔黙特变换模型, , , 个参数, 上式即赫尔黙特变换模型,a,b,c1,c2 共4个参数,坐标 个参数 转换时至少需要两个定向点。实际作业中,一般选取4个图廓点 转换时至少需要两个定向点。实际作业中,一般选取 个图廓点 作为定向点。 作为定向点。 坐标平移、旋转和X、 特点:坐标平移、旋转和 、Y 相同缩放
轮廓线矢量化方法
利用CASS软件扫描矢量化 二、利用CASS软件扫描矢量化
图像扫描 插入光栅图像 纠正光栅图像 加图框 裁剪光栅图像 设置光栅图像透明 交互矢量化
§4.4 地图扫描矢量化方法的精度分析
扫描数字化方法误差的主要来源有:
原图固有误差 扫描屏幕数字化方法本身的误差
扫描屏幕数字化方法本身的误差包括:
细化误差产生的点位误差为一个像素距, 300pdi 计 细化误差产生的点位误差为一个像素距 , 按 300pdi计 算所产生的图上误差为0 算所产生的图上误差为0.09 mm左右,故取±0.1mm。 mm左右,故取± mm。
四、矢量化误差
在跟踪矢量化过程中, 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, 化法, 由折线代替曲线所产生的最大点位误差为一个像素 点距,同上分辨率的前提下矢量化误差应取± mm。 点距,同上分辨率的前提下矢量化误差应取±0.1mm。
3.双线性变换 3.双线性变换
与赫尔默特和线性变换相比, 与赫尔默特和线性变换相比,双线性变换还考虑到了地 图图纸的不均匀变形, 图图纸的不均匀变形,其数学模型为
8个变换参数,至少需要4个定向点,实际作业中,通常 个变换参数,至少需要4个定向点,实际作业中, 选择地图的4个图廓点和若干个方里网线交叉点作为定向点 和若干个方里网线交叉点作为定向点。 选择地图的4个图廓点和若干个方里网线交叉点作为定向点。 坐标平移、 特点:坐标平移、旋转和地图图纸的不均匀变形
追踪到线段的另一个端点。 在跟踪过程中,当遇到线段的断点或交叉点时,需要人 工干预后继续跟踪。
(2)人工交互方式矢量化 )
大比例尺地形图的地物、地貌要素符号多数是以各种线段 或以规则图形表示的,同时还要赋予如地物属性和等高线高程 等内容,大部分地形要素需要采用人机交互方式矢量化来完成。
中心线矢量化方法
三、手扶跟踪数字化方法简介
1.地图定向 1.地图定向 2.菜单定位 2.菜单定位
3.地形图数字化 3.地形图数字化
§4.2 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 1.灰度值变换
“临界值操作”是指凡低于(或高于)某一个临界值的灰度值都被置成 临界值操作”是指凡低于(或高于) 一种新灰度值(例如0) 0), 一种新灰度值(例如0),其余的也可均置为另一种不同的灰度值常量 。
4.二次变换 4.二次变换
当地图图纸的变形不均匀时,还可采用二次曲线方程, 当地图图纸的变形不均匀时,还可采用二次曲线方程, 称为二次变换, 称为二次变换,其数学模型为
12个变换参数,至少需要6个定向点,实际作业中, 12个变换参数,至少需要6个定向点,实际作业中,通 个变换参数 常选择地图的4个图廓点和若干个方里网线交叉点作为定向 和若干个方里网线交叉点 常选择地图的4个图廓点和若干个方里网线交叉点作为定向 点。 坐标平移、 特点:坐标平移、旋转和地图图纸的不均匀变形
终止条件:跟踪到了起始像元(即跟踪轨迹已闭合)。 跟踪到了起始像元(即跟踪轨迹已闭合)
三、栅格数据自动跟踪矢量化
1.细化线的跟踪 1.细化线的跟踪 2.区域边线的跟踪 2.区域边线的跟踪 3.预测跟踪法 3.预测跟踪法
§4.3 地图扫描屏幕矢量化方法
地图扫描数字化: 地图扫描数字化:将图纸通过扫描仪录入计算机,生成按行
内存容量 处理精度
细化Leabharlann Baidu量
细化畸变 处理速度
3.矢量化 3.矢量化
(1)线段自动跟踪矢量化 )
① 制定线段的起点,记录其坐标; ② 以起点为中心,沿顺时针方向按上、右上、右等8个方向的 像素,搜索下一个未跟踪过的点,搜寻到后即记录其坐标,否 则推出;
③ 以新找到的点作为新的判别中心,重复操作,按此循环,