第四章地圖的數字化

第四章地圖的數字化第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三§4.1地圖數字化概述一、地圖數字化概念地圖數字化：把紙質地形圖通過圖形數字化儀或掃描儀等設備輸入到計算機，再用專業(yè)軟件進行處理和編輯將其轉換成計算機能存儲和處理的數字地形圖。實質：將圖形轉化為數據。數字化方法有：手扶跟蹤數字化地圖掃描屏幕數字化注：地形圖數字化后，地形要素的位置精度不會高于原地形圖的精度。第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三圖紙定位：將數字化儀坐標系轉換成地形圖坐標系的過程或將圖紙坐標轉換成測量坐標的過程。實質：坐標變換（確定坐標系間的變換參數）二、地圖定向平移旋轉縮放坐標變換第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1.赫爾黙特變換

設XOY為地圖坐標系，xoy為數字化儀坐標系，兩坐標系的坐標軸之間的夾角為a。地圖西南角圖廓點O的地圖坐標為X0和Y0，數字化儀坐標為x0和y0，即O點相對于xoy坐標原點o的平移距離為x0，y0

。式中：l為尺度因子。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三令，，和，則上式即赫爾黙特變換模型，a，b，c1，c2共4個參數，坐標轉換時至少需要兩個定向點。實際作業(yè)中，一般選取4個圖廓點作為定向點。

特點：坐標平移、旋轉和X、Y相同縮放第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三2.仿射變換與線性變換相比，仿射變換還顧及到了X，Y兩個方向比例變化的不一致性，其數學模型為

6個變換參數，至少需要3個定向點，一般采用3個以上的定向點采用平差的方法求解。實際作業(yè)中，通常選擇地圖的4個圖廓點作為定向點。

特點：坐標平移、旋轉和X、Y方向

不同縮放第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三3.雙線性變換與赫爾默特和線性變換相比，雙線性變換還考慮到了地圖圖紙的不均勻變形，其數學模型為

8個變換參數，至少需要4個定向點，實際作業(yè)中，通常選擇地圖的4個圖廓點和若干個方里網線交叉點作為定向點。

特點：坐標平移、旋轉和地圖圖紙的不均勻變形第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三4.二次變換當地圖圖紙的變形不均勻時，還可采用二次曲線方程，稱為二次變換，其數學模型為

12個變換參數，至少需要6個定向點，實際作業(yè)中，通常選擇地圖的4個圖廓點和若干個方里網線交叉點作為定向點。

特點：坐標平移、旋轉和地圖圖紙的不均勻變形第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三三、手扶跟蹤數字化方法簡介1.地圖定向2.菜單定位3.地形圖數字化第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三§4.2柵格數據運算與矢量化原理一、柵格數據運算1.灰度值變換“臨界值操作”是指凡低于(或高于)某一個臨界值的灰度值都被置成一種新灰度值(例如0)，其余的也可均置為另一種不同的灰度值常量。第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三2.柵格圖像的平移第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三3.柵格圖像的算術組合與邏輯組合

算術運算：將兩個柵格圖像互相疊置，使它們對應像元的灰度值相加、相減、相乘等。ABA+B第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三邏輯組合：將兩個圖像相對應的像元，利用邏輯算子“或”、“異或”、“與”和“非”進行邏輯組合。用集合運算的符號表示:A“或”B的結果是A∪B={x：x∈A或x∈B}；A“非”B的結果即為A集與B集的差：A或BA與BA異或BA非BA“與”B的結果是A∩B={x：x∈A且x∈B}；A“異或”B的結果是第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三4.加粗和減細加粗：將原圖向上、右、下、左平移得到私服新圖與原圖進行“或”運算。

減細：加粗0像元就是減細1像元。第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三二、線狀柵格數據的細化為了便于線狀影像的自動跟蹤矢量化，應進行線狀柵格數據的細化，即提取線狀柵格的中軸線。1.最大值計算法第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三細化原理：計算原始柵格數據格線交點的V值，每點的V值是該點左上、右上、左下、右下四個柵格灰度值的和，其中要素柵格灰度為“1”，背景柵格灰度為“0”。因為每點周圍至多為四個“1”，所以Vmax＝4，Vmin＝0，然后選取最大V值的點。顯然，最大V值點不可能位于線劃邊緣，而位于線劃內部。如果經一次細化仍嫌太粗，還可以將所有最大V值點的灰度值重新賦為“1”，而將其它V值點的灰度值重新賦為“0”，進而再選取最大V值點,……。第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三2.邊緣跟蹤剝皮法第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三細化原理：先尋找到一個位于線劃影像邊緣上的像元，接著以此像元為中心，按一定順序(例如，順時針方向)檢測其八個鄰域的灰度值。通過這次檢測，可以同時達到兩個目的，一是決定本中心像元應不應該被置成“0”；二是找到與本中心像元相鄰的邊緣像元，以便繼續(xù)“剝皮”和跟蹤。判別依據：在測試中通過有條件的計數，得到除中心像元外，八個鄰域中自相連通的像元塊數NB。若NB<2，則當前被考察的點(i，j)可以被“剝”掉；反之，若NB≥2，則不可“剝”去，否則將破壞曲線的連通性。終止條件：跟蹤到了起始像元(即跟蹤軌跡已閉合)。在跟蹤分析過程中，被判別為應該刪掉的“1”像元，作上標記“3”，被判為應該保留的像元，作上標記“2”。等整幅影像中所有的邊緣都被跟蹤過一遍后，將全圖柵格灰度值作一個統(tǒng)一處理：凡是灰度值為“3”的像元均置成“0”，凡是灰度值為“2”的像元均恢復為“1”。此時，可謂一次細化已完成。第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三三、柵格數據自動跟蹤矢量化1.細化線的跟蹤2.區(qū)域邊線的跟蹤3.預測跟蹤法第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三§4.3地圖掃描屏幕矢量化方法地圖掃描數字化：將圖紙通過掃描儀錄入計算機，生成按行和列規(guī)則劃分的柵格數據，然后用掃描矢量化軟件，采用人機交互與自動化跟蹤相結合的方法完成地形圖的矢量化。第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三一、掃描屏幕數字化工作步驟掃描矢量化的作業(yè)流程掃描矢量化過程的實質：解譯柵格圖像并用矢量元素替代的過程。工作地圖掃描圖像輸入細

化處理預處理檢查與編輯輸出矢量化地物、注記識別和輸入第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三

噪聲消除圖像糾正圖層設置地物編碼1.預處理掃描地形圖工作底圖得到的原始光柵文件，還需進行多項處理才能完成矢量化。預處理過程實際上是對原始光柵文件進行修正。圖幅定位圖幅定向第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三

細化處理過程是在正式光柵數據中，尋找掃描圖像線條的圖形原骨架也就是線條中心線的過程。2.細化處理尋找線條中心線人工補斷和毛刺剔除細化質量內存容量處理精度細化畸變處理速度第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三（1）線段自動跟蹤矢量化①制定線段的起點，記錄其坐標；②以起點為中心，沿順時針方向按上、右上、右等8個方向的像素，搜索下一個未跟蹤過的點，搜尋到后即記錄其坐標，否則推出；③以新找到的點作為新的判別中心，重復操作，按此循環(huán)，追蹤到線段的另一個端點。

在跟蹤過程中，當遇到線段的斷點或交叉點時，需要人工干預后繼續(xù)跟蹤。3.矢量化第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三（2）人工交互方式矢量化

大比例尺地形圖的地物、地貌要素符號多數是以各種線段或以規(guī)則圖形表示的，同時還要賦予如地物屬性和等高線高程等內容，大部分地形要素需要采用人機交互方式矢量化來完成。中心線矢量化方法輪廓線矢量化方法第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三二、利用CASS軟件掃描矢量化圖像掃描插入光柵圖像糾正光柵圖像加圖框裁剪光柵圖像設置光柵圖像透明交互矢量化第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三掃描數字化方法誤差的主要來源有：原圖固有誤差掃描屏幕數字化方法本身的誤差§4.4地圖掃描矢量化方法的精度分析掃描屏幕數字化方法本身的誤差包括：圖幅定向誤差md圖紙掃描誤差my圖像細化誤差mx矢量化誤差ms第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三一、圖紙掃描誤差

掃描誤差也稱掃描儀響應誤差，主要由掃描儀的性能參數、掃描對象的均勻度、原圖中線劃的粗細、線劃的密度、曲線復雜程度、圖面潔凈程度和處理掃描圖的軟件所決定。300pdi分辨率的掃描儀器圖紙掃描誤差取±0.1mm。二、圖幅定向誤差工作底圖定向誤差包括：定向點誤差采樣點量測誤差定向點誤差與掃描分辨率的大小成反比，提高掃描分辨率可減小該項誤差的影響；300pdi分辨率的掃描儀器定向誤差一般取±0.12mm。第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三三、圖像細化誤差細化誤差產生的點位誤差為一個像素距，按300pdi