Векторизація растрових зображень

Процес растрово-векторного перетворення називають векторизацією, яка здійснюється за допомогою спеціалізованих програм, названих векторизаторами растрових картографічних зображень чи просто векторизаторами.

В даний час усі векторизатори можна розділити на кілька груп по способах перетворення растра. По-перше, - це автоматична векторизація. На перший погляд тут усе просто: завантажуєте растрову підкладку й одержуєте

векторну карту. Як правило, топографічні і геологічні плани і карти мають велику насиченість зображення, іноді має щільне перетинання границь різних типів, що неможливо відстежити в автоматичному режимі векторизації. В результаті карта виходить узагалі не придатною для використання, і остаточне доведення матеріалу може зайняти багато часу. Тому в картографії такі векторизатори практично не застосовуються. Другий спосіб - ручна векторизація. Максимально ефективним, та й найбільш популярним, можна назвати напівавтоматичний режим. Суть цього режиму полягає в наступному: оператор указує "мишкою" на потрібну лінію і стежить за ходом векторизації, виправляючи лише виникаючі невідповідності. Якщо привести й іншу класифікацію, наприклад по функціональних можливостях, то векторизатори можна розділити на три класи:

- Вузькоспеціалізовані векторизатори, що виконують одну функцію: перетворення растра у вектор;

- Векторизатори, що дозволяють формувати об'єкти: області, точки, лінії;

- Векторизатори, що дозволяють формувати картографічні об'єкти.

До першого класу відноситься Easy Тгасе, але він усе більше здобуває функції третього класу.

До першого ж класу відноситься і векторизатор AutoVec (фірми ІВS), тому що функції зборки покладаються на AutoCad. До третього класу можна віднести МарЕdit (фірми Резидент).

У процесі векторизації є можливість зшивати вихідні фрагменти, що дозволяє працювати зі сканерами малих форматів, однак мається різний погляд на можливості використання цієї функції. Велике значення відіграє наявність у векторизатора функції корекції перекручування, що дозволяє зменшувати перекручування, викликані деформацією твердого носія інформації, а також погрішності процесу сканування шляхом корекції зображення по сітці реперних крапок.

Технологічний процес улаштований таким чином, що оператор має можливість вводити атрибутивні дані в ході самої векторизації. Хоча в принципі можлива і первинна векторизація з наступною прив'язкою атрибутики. Однак через розходження у форматах при передачі ваші атрибутивні дані можуть імпортуватися (експортуватися) не зовсім коректно, що зведе вашу роботу унівець. Але і тут є вихід. Для цього не треба привласнювати об'єкту всю атрибутивну інформацію, досить увести тільки ідентифікаційний номер з наступною прив'язкою інформації в геоінформаційній системі.

Формати передачі картографічної інформації

Якщо векторизатор немає вихідного формату, що безпосередньо стикується з геоінформаційною системою, то тут приходить на допомогу досить розповсюджений формат представлення даних, хоча і з можливою втратою частини атрибутивних даних, але з досить точним представленням векторної інформації. Це формат обмінного файлу Автокада - DXF. Останнім часом стає популярним обмінний формат системи Агс/ INFO.

Існує кілька варіантів конвертації просторової інформації. Переведення даних з топологічного формату в топологічний (топологічний формат - формат, що передбачає опис сусідства об'єктів) здійснюється досить просто. Основна проблема виникає при конвертації не топологічного формату.

Перший етап. Підготовка вихідних матеріалів

Перш ніж починати векторизацію потрібно забезпечити наявність вихідного матеріалу - відсканованих зображень, які повинні бути максимально інформативні. Тобто, чорно-білі планшети повинні бути представлені сіро-шкальними растрами, а ті, що несуть кольорову інформацію - повнокольорові. Роздільна здатність сканування, що рекомендується - 300 сірі. Саме сканування можна замовити в спеціалізованій фірмі, чи виконати самостійно,

Векторизація растрових зображень - student2.ru

використовуючи вбудовані в Easy Тгасе можливості. Серйозний підхід до цього етапу - застава якості майбутніх векторних даних.

Другий етап. Формування структури проекту

Виходячи з вимог до векторної інформації, необхідно визначитися зі складом тематичних шарів і атрибутивних даних, тобто, підготувати інформаційну структуру проекту. Зручно використовувати розподіл шарів на групи, наприклад: "гідрографія", "комунікації", "рельєф". Незайве заздалегідь визначити не тільки склад атрибутивних даних, але і підготувати словники з найбільш типовими значеннями атрибутів. Важливу роль грають кольори і типи ліній, привласнені відповідним шарам. Невірний вибір кольорів, (а далеко не всі кольори виглядають на екрані контрастними і легко помітними) може украй заплутати оператора. Файл-опису майбутньої роботи чи "проектний файл", містить багато параметрів, попереднє настроювання яких дає змогу полегшити вподальшому етапи роботи.

Третій етап. Розробка технології векторизації

Це найважливіший етап. Від якості його виконання буде залежати швидкість і злагодженість роботи операторів. Виконання доручається самому кваліфікованому фахівцю. У майбутньому він буде виконувати роль керівника групи чи бригадира. Підлеглі бригадира, оператори векторизації, будуть виконувати всю роботу частинами чи фрагментами. Задача бригадира вибрати оптимальний розмір фрагмента. Вибір визначається можливостями машин операторів, інформаційною зв'язаністю (квартал, цех) і т.д. У найпростішому випадку фрагмент - це один вихідний лист чи планшет карти. Оскільки підсумковий проект буде зібраний із фрагментів, векторизованих різними людьми, необхідно забезпечити ідентичність їхніх дій. Тобто, у всіх фрагментах повинні використовуватися ідентичні умовні знаки, фільтри згладжування ліній і точність представлення координат. Бригадиром створюється проект-прототип за основними властивостями.

Першою властивістю є налаштування середовища векторизації. Пакет Easy Тгасе має напівавтоматичні інструменти для введення тих чи інших об'єктів. Кожен інструмент має ряд параметрів, що набудовують його на оптимальне відстеження окремих об'єктів. Такі параметри можуть бути об'єднані в стратегії трасування. Крім того, інструменти можуть мати набір дискретних властивостей (радіус окружності, ширина лінії, кут нахилу тексту і т.д.). Такі властивості запам'ятовуються програмою, і при необхідності можуть використовуватися повторно. Стратегії трасування і дискретні властивості інструментів саме і є настроюваннями середовища векторизації. Настроювання середовища векторизація виконуються бригадиром, з використанням найбільш типових растрів проекту. Бригадир цілком виконує їхнє трасування, одночасно вибираючи всі параметри.

Друга властивість проекту-прототипу - це набір тестів перевірки топології. Правильне формування топологічної структури дуже важливе. На жаль, такі помилки неозброєним оком не видні. Тут допомагають вбудовані в EasyТгасе засоби контролю. Бригадиру необхідно визначити, які помилки і на яких шарах потрібно шукати. Наприклад, шар "озера" не повинен містити незамкнутих ліній. Пари "тести-шари" можуть бути об'єднані в стратегії верифікації. З їхньою допомогою оператор самостійно контролює свою роботу, перш ніж передати її бригадиру. Від того, наскільки повно бригадир підбере стратегії верифікації, залежить обсяг його роботи з зачищення фрагментів.

Третьою властивістю виступає набір умовних знаків, що використовуються операторами для введення. Саме бригадир вибирає їхній склад і накреслення.

Четверта властивість проекту-прототипу є угруповання шарів. Кількість шарів в реальних проектах коливається від З0 до 100. Кожному конкретному оператору немає необхідності постійно бачити на екрані всі, тому зайві відключаються. Правильна розбивка шарів на групи дозволить полегшити це завдання, оскільки включення/вимикання групи відбивається на всіх шарах, що входять до неї. Після формування проекту-прототипу бригадир формує спеціальний документ - "Керівництво оператора". У ньому вказується, який порядок введення об'єктів, які інструменти і настроювання застосовувати для тих чи інших об'єктів, які тести верифікації використовувати для підсумкового контролю. Порядок введення об'єктів має дуже велике значення при формуванні коректної топологічної структури.

Четвертий етап. Векторизація

На даному етапі до бригадира підключається група операторів векторизації, їхнє число вибирається виходячи з можливостей, обсягу робіт і встановлених термінів. Оператори діють згідно "Керівництву оператора", фрагменти, що векторизуються, підготовлені бригадиром. При підготовці фрагментів керівнику потрібно обробляти вихідні скановані зображення, проводячи різні геометричні перетворення, обрізку і кольороділення. Усі ці дії можна виконати, використовуючи будь-яку програму обробки растрів, наприклад PhotoShop.

П'ятий етап. Зборка, контроль і експорт готових даних

Підготовлені операторами фрагменти збираються бригадиром у єдине поле. Далі йому необхідно "зшити" інформацію на границях проектів. Наявні напівавтоматичні утиліти в Easy Тгасе допоможуть виконати зшивку, і дадуть змогу виявляти помилки векторизації. Серед них неправильне рознесення об'єктів по шарах, розходження в атрибутивних даних і ін. Одночасно зі зшивкою, бригадир виконує підсумковий контроль. Загальний обсяг використовуваних зображень може доходити до декількох сотень мегабайт. Коли усі фрагменти зібрані і ретельне вивірені, можна приступити до експорту інформації.

Склад просторових даних

Процес введення атрибутивних даних зв'язаний з меншими проблемами, чим уведення графічної інформації.

Загальні відомості про склад просторової бази даних.

Просторова база даних складається з впорядкованого набору шарів в форматі настільної картографічної системи MapInfo.

Опис топографічного інформаційного забезпечення

Цифрові моделі місцевості (ЦММ) включають наступні шари: Для карт областей та міст (1:50 000)

• Рельєф

• Дорожня мережа

• Залізниці

• Інженерні споруди

• Гідрографія

• Рослинний покрив