地图的数字化

§4.1 地图数字化概述
一、地图数字化概念
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，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。 实质：将图形转化为数据。
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
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
“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 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 。
2.栅格图像的平移
3.栅格图像的算术组合与逻辑组合
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、相乘等 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。
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
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
算。
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 数据的细化，即提取线状栅格的中轴线。
1.最大值计算法
细化原理：计算原始栅格数据格线交点的V值，每点的
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 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值点的灰 度值重新赋为“0”，进而再选取最大V值点,……。
特点：坐标平移、旋转和地图图纸的不均匀变形
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， 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，通 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。
特点：坐标平移、旋转和地图图纸的不均匀变形
三、手扶跟踪数字化方法简介 1.地图定向 2.菜单定位
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。
扫 工描预细
作 地
图 像
处
化 处
图输理理 入
矢量化
地物、注记 识别和输入
扫描矢量化的作业流程
检输 查 与 编 辑出
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。
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)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”； 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。
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
终止条件：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 2.区域边线的跟踪 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：将图纸通过扫描仪录入计算机，生成按行
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。
➢ 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
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。
➢寻找线条中心线
➢人工补断和毛刺剔除
内存容量
➢细化质量
处理精度 细化畸变
处理速度
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；
6个变换参数，至少需要3个定向点，一般采用3个以上 的定向点采用平差的方法求解。实际作业中，通常选择地图 的4个图廓点作为定向点。
特点：坐标平移、旋转和X、Y 方向 不同缩放
3.双线性变换
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，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 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。
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 “剥”掉；反之，若NB ≥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”， 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” 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。
③ 以新找到的点作为新的判别中心，重复操作，按此循环，
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。
移距离为x0，y0 。
式中：l为尺度因子。
令
，
，
和
，则
上式即赫尔黙特变换模型，a，b，c1，c2 共4个参数，坐标 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 作为定向点。
特点：坐标平移、旋转和X、Y 相同缩放
2.仿射变换
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，其数学模型为
地形图的精度。
二、地图定向
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 程。
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
1.赫尔黙特变换
设XOY为地图坐标系， xoy 为数字化仪坐标系，两坐标系 的坐标轴之间的夹角为a。地图 西南角图廓点O的地图坐标为X0 和Y0 ，数字化仪坐标为x0和y0， 即O点相对于xoy坐标原点o的平