一种扫描地形图全自动校正方法

摘要

一种扫描地形图全自动校正方法，扫描地形图是电子化后的地形图，便于携带、阅读，但缺少地理信息，不便于业务工作的展开。通过对扫描地形图的几何校正，可以实现其地理信息化，对其进行校对所需的同名点对主要来源于图像的内图廓点以及方里网格点。本方法首先对图像进行一些基本处理，然后利用霍夫变换原理寻找扫描地形图中的图廓点以及方里网格点，并利用图幅名称计算图廓点以及方里网格点的实际坐标，并形成相应的同名点对，进而利用多项式或TPS方法对扫描地形图进行全自动校正。

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描地形图全自动校正方法，主要用于扫描地形图的全自动几何校正。

背景技术

地形图是着重表现地形的普通地图，由于制图范围比较小，因此能比较准确而详细地表示地面地貌水文、地形、土壤、植被等自然地理要素，以及居民点、交通线、境界线、工程建筑等社会经济要素。它是经济建设、国防建设和科学研究中不可缺少的工具。扫描地形图是电子化后的地形图，便于携带、阅读，但缺少地理信息，不便于业务工作的展开。

目前，可以采用购买DRG数据的模式来开展业务工作。首先，价格常常是制约购买的首要问题，其次，购买DRG对已经拥有纸质地形图是一种资源浪费。因此，利用计算机技术实现扫描地形图的自动图廓点以及方里网格点的寻找并进一步实现扫描地形图的自动校正，是非常有价值的工作。

对于影像的几何校正，主要是通过同名点对来确定影像与真实地理位置的关系。而对于扫描地形图，其同名点对的来源主要在于图像的内图廓点以及方里网格点。因此，多种技术手段均在如何定位图像的内图廓点以及方里网格点上下功夫。如手动选择图像内图廓点、半自动判定图像内图廓点、半自动判定大致的方里网格点、或者基于霍夫变换寻找方里网格点等。显而易见的是，这些点是图像内图廓线的交点以及方里网格线的交点，因此，相关技术的要求在于如何准确提取图像的内图廓线以及方里网格线。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种扫描地形图全自动校正方法，是一种自动定位扫描地形图中的方里网格点以及图廓点算法，结合扫描地形图的图名，无需地理坐标即可实现扫描地形图的全自动几何校正。

本发明的技术解决方案是：

一种扫描地形图全自动校正方法，步骤如下：

(1)获取扫描地形图的图幅编号；

(2)根据步骤(1)获取的图幅编号，计算图廓点位的实际地理坐标；

(3)根据步骤(1)获取的图幅编号，计算图幅内所有方里网格点的实际地理坐标；

(4)对扫描地形图进行预处理；

(5)对预处理后得到的图像进行Hough变换，查找扫描地形图中的所有横线段；

(6)将查找出的横线段进行处理，剔除干扰横线段，形成有效横线段组；

(7)根据有效横线段组拟合横直线；

(8)剔除不符合要求的横直线；

(9)根据步骤(5)至(8)的方法，拟合出竖直线；

(10)对拟合出的横直线和竖直线进行相交计算，得到图廓点以及方里网格点的拟合位置；

(11)将上述拟合位置信息与扫描地形图对比，形成有效的拟合位置点位列表；

(12)根据步骤(11)得到的有效拟合位置点位列表、步骤(2)得到的图廓点位的实际地理坐标以及步骤(3)得到的方里网格点的实际地理坐标，匹配得到同名点对；

(13)根据同名点对扫描地形图进行自动校正。

所述步骤(4)对扫描地形图进行预处理，具体为：

(2.1)将扫描地形图进行灰度变换；

(2.2)将灰度变换后的图像进行二值化变换。

灰度变换公式为：

gray＝0.2999*r+0.587*g+0.114*b

式中：r、g、b分别表示图像任意一点A(x,y)处的图像红色、绿色和蓝色分量的DN值；gray表示A(x,y)点对应的灰度值。

二值化变换采用的公式为：

Threshold＝0.55*iHigh+0.45*iLow

式中：iHigh和iLow分别表示图像中的灰度值的最大值和最小值；Threshold表示二值化的分割阈值。

所述步骤(6)将查找出的横线段进行处理，剔除干扰横线段，形成有效横线段组，具体为：

(5.1)剔除短横线，所述短横线是指像素数不大于60的横线段；

(5.2)拆除长横线，图廓线与方里网格线直接相交时，两条直线会被认为是一条直线，当一条直线中的像素范围小于图幅的三分之二且像素数大于图幅宽度，即认为该条直线应被拆开，通过最小二乘法进行拆解；

(5.3)剔除短横线及拆除长横线后，即形成有效横线段组。

所述步骤(7)根据有效横线段组拟合横直线，具体为：通过最小二乘法对有效横线段组中的横线段进行拟合，得到多条拟合出的横直线。

步骤(13)根据同名点对扫描地形图进行自动校正，通过多项式校正方法或者TPS校正方法对扫描地形图进行校正。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本方法提取图廓线与方里网格线的抗干扰能力强。通过本方法中的步骤(6)，有效剔除无效短线段，抑制了无效信息；拆解长线段，突出了有效信息；拟合出的直线与图廓线以及方里网格线几乎完全重合。

(2)本方法提取的图廓点以及方里网格点的位置准确。如前所述，在提取准确的图廓线以及方里网格线后，可以获取亚象元级的图廓点以及方里网格点，且没有误差点，全过程几乎不需要人工干预，为全自动校正扫清了障碍。

(3)通过对图幅号的解析与同名点对的拟合，可以实现全自动的扫描地形图几何校正。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

影像校正的基本原理在于确定控制点对信息，并利用相关算法对影像进行校正。扫描地形图全自动校正的难点在于如何确立图像的内图廓点以及方里网格点及其对应地理信息。本发明的技术原理是利用图像的内图廓线以及方里网格线均是直线这一事实，首先在Hough变换提取直线的基础上，通过对短直线的剔除以及粘连线的拆解，实现了图像内图廓线以及公里网格线的提取，在直线提取的基础上，以直线的交点作为基准点，并利用图像匹配法进行点位精确定位，最终实现了扫描地形图的全自动校正。通过对扫描地形图的校正实测，该方法可以精确定位扫描地形图的内图廓点、方里网格点，通过与图幅编号等衍生信息进行匹配，自动形成同名点对信息，可以满足1：5万地形图的全自动校正。

如图1所示，本发明提出的一种扫描地形图全自动校正方法，步骤如下：

(1)获取扫描地形图的图幅编号；

(2)根据步骤(1)获取的图幅编号，计算图廓点位的实际地理坐标，计算公式可以参考相关国家标准；

(3)根据步骤(1)获取的图幅编号，计算图幅内所有方里网格点的实际地理坐标，计算公式可以参考相关国家标准；

(4)对扫描地形图进行预处理；

所述步骤(4)对扫描地形图进行预处理，具体为：

(4.1)将扫描地形图进行灰度变换；

灰度变换公式为：

gray＝0.2999*r+0.587*g+0.114*b

式中：r、g、b分别表示图像任意一点A(x,y)处的图像红色、绿色和蓝色分量的DN值；gray表示A(x,y)点对应的灰度值。

(4.2)将灰度变换后的图像进行二值化变换。

二值化变换采用的公式为：

Threshold＝0.55*iHigh+0.45*iLow

式中：iHigh和iLow分别表示图像中的灰度值的最大值和最小值；Threshold表示二值化的分割阈值，其中的0.55以及0.45两个参数为参考公开发表的文章确定。

(5)对预处理后得到的图像进行Hough变换，查找扫描地形图中的所有横线段；在二值化后的图像中，一条直线可能由于扫描原因或者纸张原因，被割裂成了多段不相连的线段。本发明中，认为相连的点中，超过30个像素点连接在一起，即是一条线段。通过上面的Hough变换，可找出图像中的所有线段。需要说明的是：扫描地形图的比例尺、接图表、图像内部的火车线等地图元素以及人工线状要素的边界也会作为直线被检测出来，并直接影响后续计算。

(6)将查找出的横线段进行处理，剔除干扰横线段，形成有效横线段组；

具体为：

(6.1)剔除短横线，所述短横线是指像素范围数不大于60的横线段；

(6.2)拆除长横线，图廓线与方里网格线直接相交时，两条直线会被认为是一条直线，当一条直线中的像素范围小于图幅的三分之二且像素数大于图幅宽度，即认为该条直线应被拆开，通过最小二乘法进行拆解；

(6.3)剔除短横线及拆除长横线后，即形成有效横线段组。

(7)根据有效横线段组拟合横直线；通过最小二乘法对有效横线段组中的横线段进行拟合，得到多条拟合出的横直线。

(8)剔除不符合要求的横直线；有两类干扰直线应当剔除：首先是地形图在扫描过程中，纸张边缘也可能作为图像的一部分，计算机在识别过程中，容易把它作为直线识别出来，在此应当把这样直线删除，删除边缘线的规则比较简单，看它离边缘的距离是否在某个阈值范围内即可；其次是地形图中出现的一些线状要素，比如铁路线、人类活动区域的边界线等，均可能作为干扰直线的一部分存在。这部分直线的去除规则主要是看其直线的位置是否与方里网格线的可能位置相近，方法是留下与理论方里网格线最近的直线，其它直线均被认定为干扰直线。

(9)根据步骤(5)至(8)的方法，拟合出竖直线；

(10)对拟合出的横直线和竖直线进行相交计算，得到图廓点以及方里网格点的拟合位置；

(11)将上述拟合位置信息与扫描地形图对比，形成有效的拟合位置点位列表；方法是针对每一个理论上的拟合位置点，取出这些点所对应的扫描地形图的一定范围内(50pixel*50pixel)的图像，求取这些图像中的十字标位置，即是实际的特征点位置。

(12)根据步骤(11)得到的有效拟合位置点位列表、步骤(2)得到的图廓点位的实际地理坐标以及步骤(3)得到的方里网格点的实际地理坐标，匹配得到同名点对；

(13)根据同名点对扫描地形图进行自动校正。提取步骤(12)中的点对数据，形成二次多项式拟合公式或者使用TPS校正算法对扫描地形图进行校正，即可得到校正后的扫描地形图。

第三部分：实施例：

以国家基础地理信息中心官网发布的样图H-51-13-(63)例，图廓点的经纬度坐标与通过上述步骤求得的图像坐标对应关系如下表所示：

图廓点位经度纬度图像横坐标图像纵坐标图廓左上角120.37531.375616.3481628.2839图廓右上角120.437531.3759932.1866630.8311图廓左下角120.437531.333333339936.03407891.8705图廓右下角120.37531.33333333606.85727895.0337

通过比对，通过上述步骤自动匹配的图廓点精度均在一个像元内，效果相当理想。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。