地形圖的數(shù)字化課件

第七章地形圖的數(shù)字化地形圖的數(shù)字化本章主要內(nèi)容：手扶跟蹤數(shù)字化儀的數(shù)字化掃描矢量化數(shù)字化是將地圖上的空間特征轉(zhuǎn)化成為用數(shù)字形式表示數(shù)據(jù)的過(guò)程。在計(jì)算機(jī)中，構(gòu)成一幅地圖的點(diǎn)、線、面各要素轉(zhuǎn)化為X，Y坐標(biāo)表示。單個(gè)坐標(biāo)代表一個(gè)點(diǎn)，一串坐標(biāo)代表一條線，一條或多條線圍成一個(gè)區(qū)域（面或多邊形）。所以數(shù)字化是獲取一系列點(diǎn)和線的過(guò)程。

一、什么是數(shù)字化？

第一節(jié)地圖數(shù)字化概述

手扶跟蹤數(shù)字化儀

簡(jiǎn)稱數(shù)字化儀，是一種用來(lái)記錄和跟蹤地圖點(diǎn)、線位置的手工數(shù)字化設(shè)備。

數(shù)字化儀

數(shù)字化儀是一種重要的圖形輸入裝置，能方便地實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的輸入。包括三種：數(shù)字化板、鼠標(biāo)、與計(jì)算機(jī)的連線

掃描儀注意：為了保證地圖定位的正確性，需定位兩次，兩次定位結(jié)果符合限差要求，則定位結(jié)束，否則重新定位。1地圖定向

在圖幅內(nèi)選擇3－5個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)應(yīng)均勻分布，將數(shù)字化儀游標(biāo)十字絲對(duì)準(zhǔn)控制點(diǎn)輸入其數(shù)字化坐標(biāo)，同時(shí)由鍵盤(pán)輸入該控制點(diǎn)的地圖測(cè)量坐標(biāo)，也要進(jìn)行兩次。

四、手扶跟蹤地形圖的數(shù)字化手扶跟蹤地形圖的數(shù)字化2菜單定位

定向點(diǎn)一般取菜單的左上、左下和右下三點(diǎn)，其在菜單系中的坐標(biāo)為： 左上角：x=L,y=0

左下角：x=0,y=0

右下角：x=0,y=w L為菜單的豎向長(zhǎng)度，w為橫行長(zhǎng)度，單位為毫米。

一般數(shù)字化儀可以在其數(shù)字化板上的有效區(qū)域內(nèi)貼上用戶自己設(shè)計(jì)的操作菜單，這樣在錄入時(shí)就可以用數(shù)字化儀的定標(biāo)器直接在數(shù)字化儀的菜單上點(diǎn)取所要的功能進(jìn)行操作，以減少返回屏幕點(diǎn)取屏幕菜單的麻煩。圖板菜單

3地形圖數(shù)字化一、柵格數(shù)據(jù)運(yùn)算1.灰度值變換2.柵格圖像的平移3.兩個(gè)柵格圖像的算術(shù)組合與邏輯組合膨脹左邊是被處理的圖象X(二值圖象，我們針對(duì)的是黑點(diǎn))，中間是結(jié)構(gòu)元素B。膨脹的方法是，拿B的中心點(diǎn)和X上的點(diǎn)及X周?chē)狞c(diǎn)一個(gè)一個(gè)地對(duì)，如果B上有一個(gè)點(diǎn)落在X的范圍內(nèi)，則該點(diǎn)就為黑；右邊是膨脹后的結(jié)果?？梢钥闯?，它包括X的所有范圍，就象X膨脹了一圈似的。開(kāi)(open)運(yùn)算.先腐蝕后膨脹稱為開(kāi)(open)運(yùn)算.上圖左邊是被處理的圖象X(二值圖象，我們針對(duì)的是黑點(diǎn))，右邊是結(jié)構(gòu)元素B，下圖的兩幅圖中左邊是腐蝕后的結(jié)果；右邊是在此基礎(chǔ)上膨脹的結(jié)果。原圖經(jīng)過(guò)開(kāi)運(yùn)算后，一些孤立的小點(diǎn)被去掉了。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)運(yùn)算能夠去除孤立的小點(diǎn)，毛刺和小橋(即連通兩塊區(qū)域的小點(diǎn))，而總的位置和形狀不變。這就是開(kāi)運(yùn)算的作用。閉運(yùn)算.先膨脹后腐蝕稱為閉(close)運(yùn)算.左邊是被處理的圖象X，右邊是結(jié)構(gòu)元素B，下面的兩幅圖中左邊是膨脹后的結(jié)果，右邊是在此基礎(chǔ)上腐蝕的結(jié)果可以看到，原圖經(jīng)過(guò)閉運(yùn)算后，斷裂的地方被彌合了。一般來(lái)說(shuō)，閉運(yùn)算能夠填平小湖(即小孔)，彌合小裂縫，而總的位置和形狀不變。這就是閉運(yùn)算的作用。圖像銳化：為了突出邊緣信息4.加粗和減細(xì)二、線狀柵格數(shù)據(jù)的細(xì)化1.最大數(shù)值計(jì)算法（c）保留最大值后的刪格影像（a）原始柵格影像（b）經(jīng)過(guò)一次最大值計(jì)算被判別為應(yīng)該刪掉的像元，作上標(biāo)記3，被判為應(yīng)該保留的像元，作上標(biāo)記2。凡是灰度值為3的像元均置成0，凡是灰度值為2的像元均恢復(fù)為1。三、柵格數(shù)據(jù)自動(dòng)跟蹤矢量化1.細(xì)劃線的跟蹤6547i,j3012以(i，j)點(diǎn)為原點(diǎn)的各相鄰像元的圖像橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)增量分別為：設(shè)(i1，j1)為起始點(diǎn)，則可在其相鄰像元中尋找一個(gè)滿足I(i2，j2)=1，該點(diǎn)即為跟蹤得到的第2個(gè)點(diǎn)；然后再?gòu)?i2，j2)的相鄰像元中尋找滿足以下條件的點(diǎn)(i3，j3)：按此方法依次進(jìn)行，即可完成對(duì)細(xì)化圖像上一條線劃的跟蹤而得到坐標(biāo)串(i1，j1)，(i2，j2)，.…..(in，jn)。3.預(yù)測(cè)跟蹤算法第三節(jié)地形圖掃描屏幕數(shù)字化

一、地形圖掃描屏幕數(shù)字化工作步驟

掃描屏幕數(shù)字化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)解釋光柵圖像并用矢量元素替代的過(guò)程。

作業(yè)流程如圖所示：

（一）原始光柵文件的預(yù)處理對(duì)原始光柵文件的預(yù)處理實(shí)際上是對(duì)原始光柵文件進(jìn)行修正，經(jīng)修正最后得到正式光柵文件，以格式TIFF、PCX、BMP存儲(chǔ)。

預(yù)處理的內(nèi)容包括：（1）采用消聲和邊緣平滑技術(shù)除去原始光柵文件中因工作底圖圖面不潔、線條不光滑及掃描系統(tǒng)分辨率等的影響帶來(lái)的圖像劃線帶有的黑斑、孔洞、毛刺、凹陷等噪聲，減小這些因素對(duì)后續(xù)細(xì)化工作的影響和防止圖像失真；（2）對(duì)原始光柵圖像進(jìn)行圖幅定位坐標(biāo)糾正，修正圖紙坐標(biāo)的偏差；圖幅定向，將掃描后形成的柵格圖圖像坐標(biāo)必須轉(zhuǎn)換到原地形圖坐標(biāo)系中；（3）進(jìn)行設(shè)置圖層、圖層顏色及地物編碼處理以方便矢量化地形圖的后續(xù)應(yīng)用。（二）正式光柵文件的細(xì)化處理

細(xì)化處理過(guò)程是在正式光柵數(shù)據(jù)中，尋找掃描圖像線條的中心線的過(guò)程。

衡量細(xì)化質(zhì)量的指標(biāo)有：細(xì)化處理所需內(nèi)存容量、處理精度、細(xì)化畸變、處理速度等；細(xì)化處理時(shí)要保證圖像中的線段連通性，因此要進(jìn)行必要的毛刺剔除和人工補(bǔ)斷，細(xì)化的結(jié)果應(yīng)為原線條的中心線。（三）地形圖矢量化矢量化是在細(xì)化處理的基礎(chǔ)上，將柵格圖像轉(zhuǎn)換為矢量圖像。

1.線段自動(dòng)跟蹤矢量化

2.人機(jī)交互方式矢量化人機(jī)交互方式矢量化方法是在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示掃描圖，將其適當(dāng)放大后，根據(jù)所用軟件的功能，用鼠標(biāo)標(biāo)志效仿地形圖手扶跟蹤數(shù)字化的方法進(jìn)行數(shù)字化。二、利用CASS軟件掃描矢量化1.圖像掃描。2.插入光柵圖像。3.裁剪光柵圖像。4.加圖框。5.設(shè)置光柵圖像透明。6.糾正光柵圖像。7.交互矢量化。南方公司的CASS測(cè)圖軟件并不是專用的地圖掃描矢量化軟件，沒(méi)有自動(dòng)跟蹤矢量化功能，因此，也不能對(duì)柵格圖像的線劃進(jìn)行細(xì)化等處理。但與手扶跟蹤數(shù)字化儀相比，其效率和精度要高得多，不失為一種方便快捷進(jìn)行人機(jī)交互矢量化的軟件，三、利用南方CASSCAN掃描矢量化①圖像掃描；②設(shè)定比例尺；③插入矢量圖框；④插入光柵圖；⑤光柵圖糾正；⑥配置繪圖參數(shù)；⑦圖像矢量化。.第四節(jié)地形圖掃描屏幕數(shù)字化方法的精度分析（一）圖紙掃描誤差(±0.1mm)圖紙掃描誤差也稱掃描儀響應(yīng)誤差，主要由掃描儀的性能參數(shù)、掃描對(duì)象的均勻度、原圖中線的粗細(xì)、線劃的密度、曲線復(fù)雜程度、圖面潔凈程度和處理掃描圖的軟件所決定。掃描儀的幾何分辨率誤差是該項(xiàng)誤差中的主要誤差來(lái)源，要減小該誤差，只有提高掃描儀的幾何分辨率。

（二）圖幅定向誤差(±0.12mm)

圖幅定向：將采樣點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的量測(cè)坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成地形圖坐標(biāo)系坐標(biāo)。

定向點(diǎn)：這些用于計(jì)算轉(zhuǎn)換系數(shù)需要用到的若干已知點(diǎn)（如內(nèi)圖廓點(diǎn)、圖幅內(nèi)的控制點(diǎn)等）。它們?cè)诘匦螆D坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是已知的，在圖像坐標(biāo)系中點(diǎn)的坐標(biāo)是通過(guò)量測(cè)獲得。

工作底圖定向誤差由定向點(diǎn)誤差和采樣點(diǎn)測(cè)量誤差構(gòu)成，定向點(diǎn)誤差與掃描分辨率的大小成反比，提高掃描分辨率可減少該項(xiàng)誤差的影響。

采樣點(diǎn)測(cè)量誤差與點(diǎn)的量測(cè)精度有關(guān)，點(diǎn)的量測(cè)精度可以通過(guò)量測(cè)過(guò)程中的一種稱為自動(dòng)對(duì)中算法的方法提高，達(dá)到量測(cè)精度極限，此項(xiàng)誤差可以忽略不計(jì)。（三）圖像細(xì)化誤差（±0.1mm）許多掃描數(shù)字化軟件都能正確地獲得線段的中心線，即使在線段交叉處變形也是很小的，細(xì)化誤差產(chǎn)生的點(diǎn)位誤差為1個(gè)像素點(diǎn)。

（四）矢量化誤差（±0.1mm）在跟蹤矢量化過(guò)程中，一般采用變步長(zhǎng)保精度跟蹤矢量化法，有折線代替曲線所產(chǎn)生的最大點(diǎn)位誤差是1個(gè)像素點(diǎn)距。（五）地形圖掃描屏幕數(shù)字化方法的精度估算——地形圖掃描屏幕數(shù)字化方法的中誤差；my——圖紙掃描誤差；md——圖幅定位誤差；ms——矢量化誤差。mx——圖像細(xì)化誤差；實(shí)驗(yàn)五地圖掃描矢量化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>