南京大学城市与资源学系 数字地面模型课堂笔记2.docVIP

2.5 DEM数据预处理 DEM数据预处理是DEM内插之前的准备工作，它是整个数据处理的一部分，一般包括：数据格式的转换、坐标系统的转换、数据的编辑、栅格数据的矢量化及数据分块等。 ( 格式转换 由于数据采集的硬、软件系统各不相同，因而数据的格式可能也不相同。常用的代码有ASCII码、BCD码及二进制码，每一记录的各项内容及每项内容的类型位数也可能各不相同，要根据相应的DEM内插软件的要求，将各种数据转换成该软件所要求的数据格式。 ( 坐标变换 若采集的数据一般要转换到地面坐标系。地面坐标系一般采用国家坐标系，也可采用局部坐标系。 ( 数据编辑 将采集的数据用图形方式显示在计算机屏幕上(或展绘在数控绘图仪上)，作业人员采用图形交互方式进行数据编辑。包括剔除错误的、过密的与重复的点，发现某些需要补测，对断面扫描数据，还要进行扫描的系统误差的纠正。 ( 栅格数据转换为矢量数据 由地图扫描数字化获取的扫描影像是一灰度阵列，首先经过二值化处理，再经过滤波或形态处理(利用数学形态学进行各种运算)，并进行边缘跟踪，获得等高线上按顺序排列的点坐标，即矢量数据。 ( 数据分块 由于数据采集方式不同，数据的排列顺序也不同，例如等高线是按各条等高线采集的先后顺序排列的。但在内插生成DEM时，待定点常常只与其周围的数据点有关，为了能在大量的数据点中迅速地找到所需要的数据点，必须将其进行分块。 在某些软件中，需要将数据点划分成计算单元，每个计算单元之间有一定的重叠度，以保证单元的连续性。分块的方法是先将整个区域分成等间隔的格网(通常比DEM格网大)，然后将数据点按格网分成不同的类，通常有交换法和链指针法。 ( 子区边界的提取 根据离散的数据点内插规则格网DEM，通常是将地面看作是一个光滑的连续曲面，但是地面上存在着各种各样的断裂线，如陡崖、绝壁以及各种人工地物，如路堤等，使地面并不光滑，这就需要将地面分成若干区域，即子区，使每一个子区的表面成为一连续光滑曲面。这些子区的边界由特征线(如断裂线)与区域的边界组成。确定每一子区的边界可以采用专门的数据结构或利用图论等多种方法来解决。 2.6 数字影像处理的基本原理 2.6.1 数字图像概述 一般的图像(模拟图像)是不能直接用计算机来处理的，因此先要将各类图像转化为数字影像。 把图像分割成像素的方法可以是多种多样的，即每个像素所占小区域可以是正方形的、六角形的或三角形的。与之相对应的像素所构成的点阵则分别为正方形网格点阵、正三角形网格与正六角形点阵。上述各像素分割方案中，正方形网格点阵是实际常用的像素分割方案。 正方形网格虽然存在着任一像素与其相邻像素之间不等距的缺点，但由于其在像素网格点阵规范，易于在图像输入/输出设备上实现，从而被大多数图像采集、处理系统所采用。 ( 抽样 抽样就是把在时间上和空间上连续的图像转换成为离散的抽样点(像素)集。由于图像是一种二维分布的信息，为要对它完成抽样操作，就需要先将二维信号变换为一维信号，再对一维信号完成抽样。 具体做法是：先沿着垂直方向，按一定间隔以从上到下的顺序沿水平方向直线扫描的方式，取出各水平行上灰度值的一维扫描线。而后再对该一维扫描线信号按一定间隔抽样得到离散信号。 对于运动图像(即时间域的连续图像)，还需要在时间轴上抽样，即先在时间轴上抽样，再沿画面垂直方向抽样，最后再沿画面水平方向上抽样这三步完成抽样操作。 若抽样结果每行(即横向)像素为M个，每列(即纵向)像素为N个，则整幅图像大小为M(N个像素。 ( 抽样定理 在进行抽样时，抽样点间隔的选取是一个非常重要的问题。它决定了抽样后的图像忠实地反映原图像的程度。一般来说，图像中细节越多，则抽样间隔应越小。根据一维抽样定理，若一维信号g(t)的最大频率为(，则若用T(1/2(为间隔进行抽样后，则根据抽样结果g(iT) (i= -1,0,1,...)能完全恢复g(t)，即 上式中 ( 量化 经过抽样，模拟图像已在时间、空间上离散化为像素。但抽样结果的像素值仍是连续量。把抽样后所得的这些连续量表示的像素值离散化为整数值的操作称为量化。 一般地，每个像素的灰度值量化后用一个字节来表示，把由白－灰－黑的连续变化的灰度值，量化为0~255共256 个灰度级。 连续灰度值量化为灰度级的具体量化方法有两种： 　　 ( 等间隔量化 　 ( 非等间隔量化 等间隔量化就是简单地将抽样值的灰度范围等间隔地分割并进行量化。对于像素灰度值在黑－白范围内较均匀分布的图像，这种量化方法可以得到量化误差较小的效果。它也称为均匀量化或线性量化。 为减小量化误差，引入了非等间隔量化的方法。其基本思想是对一幅图像种像素灰度值频繁出现的灰度值范围，量化间隔小一些，而对那些像素灰度值极少出现的灰度范围，则量化间隔大一些。也即，