本發(fā)明涉及一種掃描地形圖全自動(dòng)校正方法，主要用于掃描地形圖的全自動(dòng)幾何校正。
背景技術(shù)：
：地形圖是著重表現(xiàn)地形的普通地圖，由于制圖范圍比較小，因此能比較準(zhǔn)確而詳細(xì)地表示地面地貌水文、地形、土壤、植被等自然地理要素，以及居民點(diǎn)、交通線、境界線、工程建筑等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素。它是經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)研究中不可缺少的工具。掃描地形圖是電子化后的地形圖，便于攜帶、閱讀，但缺少地理信息，不便于業(yè)務(wù)工作的展開。目前，可以采用購買drg數(shù)據(jù)的模式來開展業(yè)務(wù)工作。首先，價(jià)格常常是制約購買的首要問題，其次，購買drg對(duì)已經(jīng)擁有紙質(zhì)地形圖是一種資源浪費(fèi)。因此，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)掃描地形圖的自動(dòng)圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)的尋找并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)掃描地形圖的自動(dòng)校正，是非常有價(jià)值的工作。對(duì)于影像的幾何校正，主要是通過同名點(diǎn)對(duì)來確定影像與真實(shí)地理位置的關(guān)系。而對(duì)于掃描地形圖，其同名點(diǎn)對(duì)的來源主要在于圖像的內(nèi)圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)。因此，多種技術(shù)手段均在如何定位圖像的內(nèi)圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)上下功夫。如手動(dòng)選擇圖像內(nèi)圖廓點(diǎn)、半自動(dòng)判定圖像內(nèi)圖廓點(diǎn)、半自動(dòng)判定大致的方里網(wǎng)格點(diǎn)、或者基于霍夫變換尋找方里網(wǎng)格點(diǎn)等。顯而易見的是，這些點(diǎn)是圖像內(nèi)圖廓線的交點(diǎn)以及方里網(wǎng)格線的交點(diǎn)，因此，相關(guān)技術(shù)的要求在于如何準(zhǔn)確提取圖像的內(nèi)圖廓線以及方里網(wǎng)格線。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種掃描地形圖全自動(dòng)校正方法，是一種自動(dòng)定位掃描地形圖中的方里網(wǎng)格點(diǎn)以及圖廓點(diǎn)算法，結(jié)合掃描地形圖的圖名，無需地理坐標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)掃描地形圖的全自動(dòng)幾何校正。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種掃描地形圖全自動(dòng)校正方法，步驟如下：(1)獲取掃描地形圖的圖幅編號(hào)；(2)根據(jù)步驟(1)獲取的圖幅編號(hào)，計(jì)算圖廓點(diǎn)位的實(shí)際地理坐標(biāo)；(3)根據(jù)步驟(1)獲取的圖幅編號(hào)，計(jì)算圖幅內(nèi)所有方里網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際地理坐標(biāo)；(4)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行預(yù)處理；(5)對(duì)預(yù)處理后得到的圖像進(jìn)行hough變換，查找掃描地形圖中的所有橫線段；(6)將查找出的橫線段進(jìn)行處理，剔除干擾橫線段，形成有效橫線段組；(7)根據(jù)有效橫線段組擬合橫直線；(8)剔除不符合要求的橫直線；(9)根據(jù)步驟(5)至(8)的方法，擬合出豎直線；(10)對(duì)擬合出的橫直線和豎直線進(jìn)行相交計(jì)算，得到圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)的擬合位置；(11)將上述擬合位置信息與掃描地形圖對(duì)比，形成有效的擬合位置點(diǎn)位列表；(12)根據(jù)步驟(11)得到的有效擬合位置點(diǎn)位列表、步驟(2)得到的圖廓點(diǎn)位的實(shí)際地理坐標(biāo)以及步驟(3)得到的方里網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際地理坐標(biāo)，匹配得到同名點(diǎn)對(duì)；(13)根據(jù)同名點(diǎn)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行自動(dòng)校正。所述步驟(4)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行預(yù)處理，具體為：(2.1)將掃描地形圖進(jìn)行灰度變換；(2.2)將灰度變換后的圖像進(jìn)行二值化變換?；叶茸儞Q公式為：gray＝0.2999*r+0.587*g+0.114*b式中：r、g、b分別表示圖像任意一點(diǎn)a(x,y)處的圖像紅色、綠色和藍(lán)色分量的dn值；gray表示a(x,y)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值。二值化變換采用的公式為：threshold＝0.55*ihigh+0.45*ilow式中：ihigh和ilow分別表示圖像中的灰度值的最大值和最小值；threshold表示二值化的分割閾值。所述步驟(6)將查找出的橫線段進(jìn)行處理，剔除干擾橫線段，形成有效橫線段組，具體為：(5.1)剔除短橫線，所述短橫線是指像素?cái)?shù)不大于60的橫線段；(5.2)拆除長(zhǎng)橫線，圖廓線與方里網(wǎng)格線直接相交時(shí)，兩條直線會(huì)被認(rèn)為是一條直線，當(dāng)一條直線中的像素范圍小于圖幅的三分之二且像素?cái)?shù)大于圖幅寬度，即認(rèn)為該條直線應(yīng)被拆開，通過最小二乘法進(jìn)行拆解；(5.3)剔除短橫線及拆除長(zhǎng)橫線后，即形成有效橫線段組。所述步驟(7)根據(jù)有效橫線段組擬合橫直線，具體為：通過最小二乘法對(duì)有效橫線段組中的橫線段進(jìn)行擬合，得到多條擬合出的橫直線。步驟(13)根據(jù)同名點(diǎn)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行自動(dòng)校正，通過多項(xiàng)式校正方法或者tps校正方法對(duì)掃描地形圖進(jìn)行校正。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：(1)本方法提取圖廓線與方里網(wǎng)格線的抗干擾能力強(qiáng)。通過本方法中的步驟(6)，有效剔除無效短線段，抑制了無效信息；拆解長(zhǎng)線段，突出了有效信息；擬合出的直線與圖廓線以及方里網(wǎng)格線幾乎完全重合。(2)本方法提取的圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)的位置準(zhǔn)確。如前所述，在提取準(zhǔn)確的圖廓線以及方里網(wǎng)格線后，可以獲取亞象元級(jí)的圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)，且沒有誤差點(diǎn)，全過程幾乎不需要人工干預(yù)，為全自動(dòng)校正掃清了障礙。(3)通過對(duì)圖幅號(hào)的解析與同名點(diǎn)對(duì)的擬合，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的掃描地形圖幾何校正。附圖說明圖1為本發(fā)明方法流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。影像校正的基本原理在于確定控制點(diǎn)對(duì)信息，并利用相關(guān)算法對(duì)影像進(jìn)行校正。掃描地形圖全自動(dòng)校正的難點(diǎn)在于如何確立圖像的內(nèi)圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)地理信息。本發(fā)明的技術(shù)原理是利用圖像的內(nèi)圖廓線以及方里網(wǎng)格線均是直線這一事實(shí)，首先在hough變換提取直線的基礎(chǔ)上，通過對(duì)短直線的剔除以及粘連線的拆解，實(shí)現(xiàn)了圖像內(nèi)圖廓線以及公里網(wǎng)格線的提取，在直線提取的基礎(chǔ)上，以直線的交點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，并利用圖像匹配法進(jìn)行點(diǎn)位精確定位，最終實(shí)現(xiàn)了掃描地形圖的全自動(dòng)校正。通過對(duì)掃描地形圖的校正實(shí)測(cè)，該方法可以精確定位掃描地形圖的內(nèi)圖廓點(diǎn)、方里網(wǎng)格點(diǎn)，通過與圖幅編號(hào)等衍生信息進(jìn)行匹配，自動(dòng)形成同名點(diǎn)對(duì)信息，可以滿足1：5萬地形圖的全自動(dòng)校正。如圖1所示，本發(fā)明提出的一種掃描地形圖全自動(dòng)校正方法，步驟如下：(1)獲取掃描地形圖的圖幅編號(hào)；(2)根據(jù)步驟(1)獲取的圖幅編號(hào)，計(jì)算圖廓點(diǎn)位的實(shí)際地理坐標(biāo)，計(jì)算公式可以參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；(3)根據(jù)步驟(1)獲取的圖幅編號(hào)，計(jì)算圖幅內(nèi)所有方里網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際地理坐標(biāo)，計(jì)算公式可以參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；(4)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行預(yù)處理；所述步驟(4)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行預(yù)處理，具體為：(4.1)將掃描地形圖進(jìn)行灰度變換；灰度變換公式為：gray＝0.2999*r+0.587*g+0.114*b式中：r、g、b分別表示圖像任意一點(diǎn)a(x,y)處的圖像紅色、綠色和藍(lán)色分量的dn值；gray表示a(x,y)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值。(4.2)將灰度變換后的圖像進(jìn)行二值化變換。二值化變換采用的公式為：threshold＝0.55*ihigh+0.45*ilow式中：ihigh和ilow分別表示圖像中的灰度值的最大值和最小值；threshold表示二值化的分割閾值，其中的0.55以及0.45兩個(gè)參數(shù)為參考公開發(fā)表的文章確定。(5)對(duì)預(yù)處理后得到的圖像進(jìn)行hough變換，查找掃描地形圖中的所有橫線段；在二值化后的圖像中，一條直線可能由于掃描原因或者紙張?jiān)?，被割裂成了多段不相連的線段。本發(fā)明中，認(rèn)為相連的點(diǎn)中，超過30個(gè)像素點(diǎn)連接在一起，即是一條線段。通過上面的hough變換，可找出圖像中的所有線段。需要說明的是：掃描地形圖的比例尺、接圖表、圖像內(nèi)部的火車線等地圖元素以及人工線狀要素的邊界也會(huì)作為直線被檢測(cè)出來，并直接影響后續(xù)計(jì)算。(6)將查找出的橫線段進(jìn)行處理，剔除干擾橫線段，形成有效橫線段組；具體為：(6.1)剔除短橫線，所述短橫線是指像素范圍數(shù)不大于60的橫線段；(6.2)拆除長(zhǎng)橫線，圖廓線與方里網(wǎng)格線直接相交時(shí)，兩條直線會(huì)被認(rèn)為是一條直線，當(dāng)一條直線中的像素范圍小于圖幅的三分之二且像素?cái)?shù)大于圖幅寬度，即認(rèn)為該條直線應(yīng)被拆開，通過最小二乘法進(jìn)行拆解；(6.3)剔除短橫線及拆除長(zhǎng)橫線后，即形成有效橫線段組。(7)根據(jù)有效橫線段組擬合橫直線；通過最小二乘法對(duì)有效橫線段組中的橫線段進(jìn)行擬合，得到多條擬合出的橫直線。(8)剔除不符合要求的橫直線；有兩類干擾直線應(yīng)當(dāng)剔除：首先是地形圖在掃描過程中，紙張邊緣也可能作為圖像的一部分，計(jì)算機(jī)在識(shí)別過程中，容易把它作為直線識(shí)別出來，在此應(yīng)當(dāng)把這樣直線刪除，刪除邊緣線的規(guī)則比較簡(jiǎn)單，看它離邊緣的距離是否在某個(gè)閾值范圍內(nèi)即可；其次是地形圖中出現(xiàn)的一些線狀要素，比如鐵路線、人類活動(dòng)區(qū)域的邊界線等，均可能作為干擾直線的一部分存在。這部分直線的去除規(guī)則主要是看其直線的位置是否與方里網(wǎng)格線的可能位置相近，方法是留下與理論方里網(wǎng)格線最近的直線，其它直線均被認(rèn)定為干擾直線。(9)根據(jù)步驟(5)至(8)的方法，擬合出豎直線；(10)對(duì)擬合出的橫直線和豎直線進(jìn)行相交計(jì)算，得到圖廓點(diǎn)以及方里網(wǎng)格點(diǎn)的擬合位置；(11)將上述擬合位置信息與掃描地形圖對(duì)比，形成有效的擬合位置點(diǎn)位列表；方法是針對(duì)每一個(gè)理論上的擬合位置點(diǎn)，取出這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的掃描地形圖的一定范圍內(nèi)(50pixel*50pixel)的圖像，求取這些圖像中的十字標(biāo)位置，即是實(shí)際的特征點(diǎn)位置。(12)根據(jù)步驟(11)得到的有效擬合位置點(diǎn)位列表、步驟(2)得到的圖廓點(diǎn)位的實(shí)際地理坐標(biāo)以及步驟(3)得到的方里網(wǎng)格點(diǎn)的實(shí)際地理坐標(biāo)，匹配得到同名點(diǎn)對(duì)；(13)根據(jù)同名點(diǎn)對(duì)掃描地形圖進(jìn)行自動(dòng)校正。提取步驟(12)中的點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)，形成二次多項(xiàng)式擬合公式或者使用tps校正算法對(duì)掃描地形圖進(jìn)行校正，即可得到校正后的掃描地形圖。第三部分：實(shí)施例：以國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心官網(wǎng)發(fā)布的樣圖h-51-13-(63)例，圖廓點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)與通過上述步驟求得的圖像坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：圖廓點(diǎn)位經(jīng)度緯度圖像橫坐標(biāo)圖像縱坐標(biāo)圖廓左上角120.37531.375616.3481628.2839圖廓右上角120.437531.3759932.1866630.8311圖廓左下角120.437531.333333339936.03407891.8705圖廓右下角120.37531.33333333606.85727895.0337通過比對(duì)，通過上述步驟自動(dòng)匹配的圖廓點(diǎn)精度均在一個(gè)像元內(nèi)，效果相當(dāng)理想。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。當(dāng)前第1頁12