地图扫描数字化中彩色图像的专色提取技术.docVIP

地图扫描数字化中彩色图像的专色提取技术 摘 要：在地图扫描数字化中，需要对彩色地图扫描图像进行分析研究，利用地图要素色彩差别实现地图各个要素层的自动分离，获得不同颜色要素层数据，以利于地图数字化和矢量化处理，从而解决彩色地图要素难以自动识别和提取的问题。本文主要论述了彩色地图扫描自动分色和专色提取的原理，讨论了在分色过程中图像处理技术问题。论文采用图像处理技术，如图像滤波,直方图的磨光、阈值分割、模糊约束聚类等实现彩色扫描图像自动分色，最后得到了分色结果并对结果进行了探讨。 关键词：地图数字化 彩色图像 专色提取 1 引言 随着国民经济建设的迅速发展，社会对数字地图信息的需求日益迫切，要求测绘部门不仅提供多样的地图品种，而且要保证各类地图的快速出版与更新。为了更好地满足上述要求，在地图数字化科研和生产实践中，需要对彩色地图扫描图像进行分色研究，目的是解决栅格图中难以利用形状特征进行识别地图要素的问题，利用色彩提取来实现地图各个要素层的自动分离，获得不同颜色要素版数据，方便进行数字化、矢量化处理，取代手扶跟踪数字化，以适应快速准确采集地图数据的需要。 2 地图专色分色的基本原理和工艺流程 2.1 地图专色分色的基本原理 彩色地图一般都是采用黑、棕、蓝、绿专色颜色叠印而成，地图上不同的要素层用不同的颜色、符号和注记来表示，绿色代表地表植被，棕色代表地貌，蓝色代表水系，黑色代表地图注记、符号、居民地等。 进行彩色地图图像分色研究的目的，就是要使用计算机在适当的色彩模型中，利用彩色地图所包含的色彩信息和空间地理信息，将具有不同颜色特征的要素分别提取出来，形成不同的要素层，从而达到彩色地图快速分版的目的。 通过扫描所获得的原始图像中，各个像素的颜色值是用R、G、B值来表示的，而我们所需要的目标图像是黑、棕、蓝、绿四个单色版，由色度学的知识可以知道，中间分色的过程实际上就是完成从RGB映射到黑（K）、棕(N)、蓝(B)、绿(G)的处理过程（如图1所示）。 图1 地图专色分色原理示意图 彩色地图图像分色的基本原理随着分色方法的不同而略有差异，但其本质都是一致的，都是利用计算机实现三原色向所需色版的映射。 2.2 地图专色分色的工艺流程 不同的分色方法虽然在原理上比较接近，但在方法流程上各有特点，在分析国内外各种分色方法的基础上，本文有针对性的提出了真彩色地图分色的一些新的方法和步骤。 彩色地图分色的基本过程可以用流程图2来表示，这些基本步骤有一些是普遍适用的，如彩色地图图像的扫描数字化和底图图像的增强处理等步骤，还有一些在算法上有所改进，如在利用地图图像的颜色特征和空间相关性特征进行分色时所使用的分色公式等。 图2 地图专色分色工艺流程 彩色地图扫描数据是将彩色印刷原图经过彩色扫描仪扫描得到的彩色全要素图像数据，扫描数据质量受原图的印刷工艺，扫描仪质量、扫描软件优劣等因素的影响，它影响最终的分色结果。因此，在分色前需要对扫描图像进行颜色校正、噪声消除等处理。此外，还增加了线划膨胀和增强处理的一些内容，使地图分色过程得到了进一步完善。 3 地图扫描图像的颜色处理和专色提取算法 3.1 基于粗糙集理论的彩色图像滤波算法 定义3×3旋转窗中心像素点x0的R、G、B分量值分别为:fR(x0)、fG(x0)、fB(x0),旋转窗内除中心像素点外的所有点的R、G、B分量的最大值分别为: 、、, 最小值分别为: 、、。 如果像素点x0满足下面三个条件中的一个,则认为x0是噪声像素点: 1.或； 2.或； 3.或； 用公式表示为: 。 如果x0是噪声像素点,则根据该像素点的某基色分量值进行滤波。如果x0满足上述条件1,则根据像素点的R分量进行中值滤波;如果x0满足上述条件2,则根据像素点的G分量进行中值滤波,如果x0满足上述条件3,则根据像素点的B分量进行中值滤波 定义 表示根据某一基色分量对3×3旋转窗内所有点取中值,那么: (1)若x0满足上述条件1, ,其中; (2)若x0满足上述条件2, ,其中; (3)若x0满足上述条件3, ,其中。 3.2 直方图的磨光 由于扫描仪分辨颜色的能力很强,虽然小样稿颜色很少,但是经扫描仪数字采样后会产生很多颜色。图像颜色归并的关键有两点:一是确定图像的中心色及分割限;二是根据所选定的中心色及分割限进行颜色归并。对于第二点一般采用逐点误差算法计算,如绝对值或平方距离等。而第一点大多数系统采用交互方式确定中心色,本算法则根据直方图采用自动方式确定中心色。直方图是图像处理的一个基本概念,它是图像颜色统计分析的强有力工具。它表示图像颜色的出现次数。在直方图上可以看出图像颜色的分布情况以及各种颜色的数量大小。　 设fr(p)、fg(p)、fb(p)为象素p的R、G、B分量的灰度级,H[N][N][N]为彩色图像的直方图