栅格地图中地理对象的矢量化研究及系统实现

论文摘要

地理信息的提取和识别是地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）发展的基础和迫切需要。栅格地图矢量化已经成为获取地理信息的主要途径之一。本文在研究、分析目前具有代表性的扫描图像矢量化方法的基础上,针对栅格图像的特点,用Visual C++6.0编程语言实现了一个地图矢量化系统RasToVec。本文采用目前比较流行的基于细化的矢量化方法作为整体设计思想。首先根据地图不同地理对象灰度级不同的特点,将地图中的文字等标注从地图中分离,然后用最大类间方差阈值分割法将地图进行二值化。对二值化后的地图运用数学形态学进行噪声滤除和轮廓提取。然后对图像进行细化,细化时采用一种基于标记的保留节点域的细化方法,该方法避免了传统细化方法中节点变形从而改变图形拓扑结构的问题。对细化后的图像矢量化时,本文根据地图的整体拓扑特征,先将地图中的节点域和连通弧段提取出来,然后利用遗传算法将连通弧段进行矢量化得到连通矢量弧段,根据最长延伸原则合并矢量弧段,确定节点,并得到最终的矢量段。矢量化算法除了采用遗传算法外,还采用了道格拉斯算法,最后对这两种算法的效果和效率进行了比较。在细化及连通弧段编码过程中都采用边处理边擦除象素的方法,有效避免象素的重复处理,降低图像的复杂度,并提高了矢量化的速度。目前矢量化研究大多是在工程图领域进行的,本文提出的算法是根据地理信息系统的要求设计的,在保持地图拓扑结构及矢量化准确性方面取得很好的效果,并实现了与GIS软件MapInfo的接口,在地理信息系统领域有一定的理论意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 矢量化技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 图像预处理
• 2.1 图文分离
• 2.2 地图二值化
• 2.2.1 二值化简介
• 2.2.2 最佳阈值的选择
• 2.3 噪声滤除
• 2.3.1 数学形态学理论
• 2.3.2 形态学基本运算的噪声滤除功能
• 2.3.3 膨胀腐蚀算法的实现原理
• 2.4 形态学的边界提取功能
• 3 地图细化处理
• 3.1 细化的概念和现状
• 3.1.1 细化算法综述
• 3.1.2 典型的细化算法
• 3.2 基于图形标记细化算法
• 3.2.1 基本概念
• 3.2.2 图像标记的含义
• 3.2.3 算法设计思想
• 3.2.4 算法描述与试验结果
• 3.3 算法的评价
• 4 细化图像的矢量化
• 4.1 矢量化的总体思想
• 4.2 连通段的跟踪与编码
• 4.2.1 Freeman矢量编码
• 4.2.2 节点域的提取
• 4.2.3 连通段的Freeman编码
• 4.3 连通段的矢量化
• 4.3.1 曲线点抽稀方法简介
• 4.3.2 基于遗传算法的矢量化算法
• 4.3.3 算法设计与实现
• 4.4 矢量线段的合并
• 4.5 矢量化结果及分析
• 4.6 矢量文件的输出
• 4.6.1 MIF文件头
• 4.6.2 MIF数据节
• 4.6.3 MID文件
• 5 矢量化系统的设计与实现
• 5.1 矢量化系统设计
• 5.1.1 系统结构设计
• 5.1.2 系统功能设计
• 5.2 矢量化系统实现
• 5.2.1 类体系结构
• 5.2.2 矢量化模块程序实现
• 5.2.3 多线程编程
• 5.3 软件系统界面
• 5.4 软件运行结果
• 结论
• 参考文献
• 附录A 识别结果
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢