一种栅格数字图像快速矢量化方法技术

本发明专利技术公开了一种栅格数字图像快速矢量化方法，本发明专利技术以像元为着眼点，充分利用了栅格图斑之间的邻接关系，从根本上避免了通过追踪结点生成弧段以构造区域边界而产生的大规模搜索过程，避免了通过追踪弧段构建多边形拓扑关系以解决带有洞的复杂区域而产生的复杂处理，从而大幅提高了矢量化的效率。同时，由于该方法以单个像元为基本操作单元，扫描线扫描过程中直接将栅格数字图像中的栅格图斑动态转换成矢量区域，矢量化过程中不产生、不依赖任何中间数据，使得计算机内存的利用效率高且管理方便，上述诸多特点提高了栅格数字图像的矢量化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于遥感数字图像处理和地理信息系统(GIS)中数据转换
，具体涉及一种提取栅格数字图像中面状图斑信息的栅格数字图像快速矢量化方法。
技术介绍
栅格数字图像矢量化是对栅格数字图像中的图斑进行边缘勾绘，以提取图斑的面状信息为目的，将其转换为矢量区域信息的技术。栅格和矢量作为GIS两种基本数据类型经常需要互相转换，由于遥感数据不断大量增加，GIS的应用不断丰富，对栅格数字图像矢量化的需求与日俱增，面对海量数据，迫切需要有新的方法提高矢量化效率。以提取栅格数字图像中面状信息为目的的矢量化过程主要有2个关键过程(I)是勾绘栅格图斑生成矢量区域边界；(2)是描述多边形拓扑包含关系形成完整区域信息。·目前，在上述两个处理过程中，针对勾绘栅格图斑形成矢量边界，前人提出了有向边界法、游程编码法和四叉树压缩编码法等技术方法，这些技术方法虽然在一定程度上提高了追踪栅格图斑边界的效率，但是其中仍然存在大量的冗余的弧段搜索和连接判断，因此在处理大量甚至海量数据时效率仍比较低；针对描述多边形拓扑包含关系形成完整区域信息，前人提出的矢量化方法都是通过构造完整的多边形拓扑关系来解决，由于多边形拓扑关系构建非常复杂，故效率较低，是目前栅格数字图像矢量化方法中最主要的效率瓶颈。因而在对海量栅格数字图像进行面状栅格图斑矢量化的过程中，由于转换效率低下的问题，传统方法已经越来越不能满足相关领域生产与应用的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出，该方法充分利用了计算机系统资源和栅格数字图像中所蕴含的图斑空间信息，能够解决现有矢量化方法存在的效率不闻的缺点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的，该方法首先根据单个像元与其四邻域像元属性(像元值)的异同，确定该像元的像元有向边类型；然后通过记录像元有向边首尾结点矢量坐标及其两侧多边形信息构造连接索弓丨，再根据像元有向边类型和连接索引从以下四种方式中选择一种方式对像元进行处理，扫描完所有像元后，每一个内多边形及归属于该内多边形的所有外多边形共同构成一个矢量区域 (1)构建内多边形； (2)构建外多边形，利用隐含射线法判断外多边形归属； (3)根据连接索引连接像元有向边，动态构造多边形边界； (4)根据多边形边界连接关系进行多边形归并处理。进一步地,所述像元有向边具有方向，该方向与矢量化区域边界拓扑正向一致。进一步地，所述连接索引是记录像元有向边首尾结点的出入信息。进一步地，所述隐含射线法判断外多边形归属具体为在扫描过程中，通过记录最新扫描的内多边形实现隐含射线法，并以此判断外多边形的归属。进一步地，所述根据多边形边界连接关系进行多边形归并处理具体为通过连接多边形边界、更新内多边形孤岛链表、更新区域列表和更新多边形类型实现多边形的归并。本专利技术的有益效果是 (I)根据扫描顺序和像元有向边类型构建新的多边形，使构造矢量区域简单高效。使用扫描线方法遍历栅格数据时是按照从上到下，从左到右的顺序进行，因此对于任意一个图斑来说，总是先遍历到它的左上角像元，当扫描至“左上角像元”时就遇到了一个新的栅格图斑，需要构建新的内多边形，即一个新的区域。对于任意含有“洞”的图斑来说，总是先遇至IJ“洞”的顶边，即具有“下”边且不能插入至现有多边形边界的像元有向边需要构建新的外多边形。由于充分利用了栅格图斑中所蕴含的邻接关系，直接避免了构建矢量区域的起始搜索弧段过程。 (2)根据连接索引直接连接像元有向边，使构造矢量区域边界简单高效。使用扫描线方法按照从左到右，从上到下的顺序遍历栅格数据时，像元有向边只可能在所属像元正上方左右两个结点处发生连接。对每一个矢量坐标列记录其像元有向边首尾出入信息，就可以引导其它像元有向边直接连接至相应多边形的边界，直接避免了组织多边形边界时复杂的判断与追踪过程，从而大幅提高构建栅格图斑矢量边界的效率。(3)通过隐含射线法实现快速孤岛归属判别。一个完整区域由一个内多边形及其所包含的若干外多边形共同构成，外多边形不能独立存在，必须作为孤岛归属于某个内多边形。根据扫描线从左到右逐行遍历栅格数据的特点，从任意一个外多边形边界向左发出一条射线(即隐含射线)，遇到的第一个内多边形就是它所归属于的内多边形。因此在每行扫描过程中不断记录与更新边界与扫描线相交的内多边形，该内多边形即是新生成的外多边形所归属的内多边形，从而直接避免多边形拓扑关系构建的复杂过程，大幅提高了构建完整矢量区域信息的效率。(4)根据任意一条像元有向边都唯一属于某多边形边界的特点，通过多边形连接与归并处理，实现对在扫描过程中由于对未扫描区域的不确定而产生的离散多边形进行整合而最终构成完整的矢量区域。由于扫描线逐行扫描栅格数字图像，对图斑扫描是逐步完成的。在扫描过程中由于对未扫描区域的不确定性，必然会产生一些离散多边形或类型错误的多边形，根据像元有向边唯一性的特点，通过连接这些多边形的像元有向边的连接索弓丨，可以直接判断出这些多边形的连接关系或归并关系，从而大幅提高了动态构建矢量区域的效率。(5)本专利技术以单个像元为基本处理单元，处理过程不依赖其它信息，可以方便的实现分块并行处理。(6)本专利技术以单个像元为基本处理单元，算法复杂度基本为线性阶，具有较高的处理效率。(7)本专利技术算法结构简单清晰，实现方便。附图说明这里包含的附图用于更好理解本专利技术，并结合到说明书中作为说明书的组成部分，但本专利技术并不局限于附图中的图表，在这些附图中图I是本专利技术中有关定义说明图。图中为一个3*3大小的栅格数字图像，每一个方格代表一个像元，像元中间的数字表示该像元的像元值(如230、179);黑色粗线表示多边形边界，粗浅箭头所指方向表示该多边形边界的方向(多边形边界实际上与像元边界重合，由于同一像元边界可能存在两个不同多边形的边界，因此为了表示清楚，本专利技术所有附图将内多边形边界向实际像元边界内侧绘制，外多边形边界向世界像元边界外侧绘制)；R1> R2表示内多边形，Il表示外多边形；R1与Il的交集共同组成区域。图2是16种像元有向边类型示意图。图3是扫描像元Pl时，构建内多边形Regionl示意图。图中像元中间的文字是为了叙述方便而给像元的编号(如PU P2等)；像元边界处的数字表示以像元行列号为基础所建立的矢量坐标系坐标(如O、1、2、3等);黑色五角星指示当前正在扫描的像元；黑色粗虚线表示当前扫描像元的像元有向边；黑色粗实线表示矢量化所生成的多边形边界；栅格数字图像上方对应像元纵向边界的方框中文字表示该矢量结点出的连接索引(如N/R1等，其中N表示无多边形，Rl表示Regionl,以下附图中R2表示Region2, Il表示Islandl);右侧部分文字表示矢量化过程中计算机所存储的数据内容(如区域链表等)，本专利技术以下附图中与该图中相同图示均与该图表示内容一致。图4是扫描像元P2时，其“上”边根据连接索引直接与内多边形Regionl边界连接示意图。图5是连接索引构建方法图。该图示出了连接索引的构建方法与记录方式，其中LeftCode、RightCode为矢量化过程中生成的多边形指针。图6是连接规则图。该图示出了边界根据连接索引直接与相应多边形边界进行连接的连接规则。图7是连接索引更新规则图。该图示出了像元有向边根据索引直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅格数字图像快速矢量化方法，其特征在于，该方法首先根据单个像元与其四邻域像元属性的异同，确定该像元的像元有向边类型；然后通过记录像元有向边首尾结点矢量坐标及其两侧多边形信息构造连接索引，再根据像元有向边类型和连接索引从以下四种方式中选择一种方式对像元进行处理，扫描完所有像元后，每一个内多边形及归属于该内多边形的所有外多边形共同构成一个矢量区域：（1）构建内多边形；（2）构建外多边形，利用隐含射线法判断外多边形归属；（3）根据连接索引连接像元有向边，动态构造多边形边界；？（4）根据多边形边界连接关系进行多边形归并处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章孝灿，苏程，俞伟斌，倪广翼，黄智才，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：