地图扫描数字化常见问题的分析和解决方法

地图扫描数字化常见问题的分析和解决方法 摘要 本文从扫描仪的安装和使用过程中遇到的问题着手，分析问题的原因，提出一些解决的办法，对避免和减少数字化过程中产生的误差有一定的实际意义。 关键词 数字化 扫描仪 误差分析 象片图 1引言 随着传统的手工绘图工作量的减少，地图数字化工作，越来越被人们所重视。我们单位从开始用数字化板做数字化图到目前采取扫描数字化已完成了几千幅图各种比例尺的数字化任务，积累了一定的经验。现主要围绕扫描数字化中出现的问题谈一些做法，进行一些探讨，以提高扫描数字化的精度。 2不同介质的地形图扫描数字化 2.1薄膜清给原图的扫描数字化 一般薄膜清绘原图变形小，是一种较理想的介质，清绘原图扫描后可获得较满意的二值图。 2.2纸图扫描数字化 纸图是扫描数字化较常用的介质，虽然图纸在储存过程中受空气的影响变形较大，但一般伸缩变形有一定规律。当图纸平整，扫描后的图文件经仿射变形改正后，图纸的伸缩变形可减少。 2.3复照底片的扫描数字化 复照底片的扫描数字化是针对江苏地区地形普遍较平坦，原来用综合法做成的象片图是婊糊在镀锌板上，无法直接进行扫描，按惯例要先清绘，再扫描数字化，为了缩短成图周期，对较大范围的象片图，可先复照后再扫描数字化，也不失为一种方法。复照后底片反差适中的，可直接扫描数字化。对反差大的胶片可采取先漂白，水洗，晾干后扫描数字化。 2.4涤纶胶片片基的象片图的扫描数字化 我们还采取了用涤沦胶片片基的象纸做象片图。调绘后的象片图，只需退影处理后即可扫描数字化。这样做既可避免了复照底片的麻烦又节省地图的清缓时间。 3地图数据采集过程中的误差分析： 3.l地图测量中控制点和碎部点的测量误差 成图比例尺不同，限差也不同，依成图需要确定。 3.2控制点的展点误差 目前做图是先将控制点用展点仪展在透明的聚脂薄膜上，手工操作展点误差为： 0.10-0.15mm。 当精度要求不是很高时，该项误差可不记。 3.3绘图误差 绘图误差是指在绘图过程中由于环境，温度，人员等综合因素产生的误差，其值在0.10－0.18mm范围。一般认为以上误差在地图数字化前已产生，或者说我们拿到的是一张符合要求的图纸。 3.4图纸扫描误差 扫描误差主要由扫描仪出厂的技术参数，操作员的熟练程度，扫描介质均匀度，和处理扫描图的软件所决定。扫描仪的技术参数包括：扫描仪的分辨率；光学误差；电信号转换过程中的误差；扫描过程中的歪斜失真度；以及外界因素影响产生的误差等。 4格网图扫描数据的测试结果 为了获取扫描数字化后的图面精度，我们利用计算机生成一幅外框 500 X 500mm内部由10 X 10mm小方格组成的格阿图，用坐标网尺测量外框及对角线尺寸，均在 ±0.lmm，对角线误差小于±0.2mm，经ANATech3840扫描仪，按扫描，得二值图，利用外框四角上四点按1：1000比例尺进行仿射变换后，读取每个格网交叉点坐标，经与理论比较，根据仿射变换的公式为 式中（X，Y）为高斯平面坐标，（U，V）为屏幕坐标系中的坐标，a1，a2，a3，a4，b1,b2，b3，b4为变换系数。一般三个控制点就可确定转换关系，控制点超过三个时，由最小二乘法确定，适当增加控制点的个数可提高转换精度。 由误差计算公式 △X＝X－XL，△Y=Y－YL 式中X，Y为理论值，XL，YL为观测值 经计算，得到四角控制点误差结果如下： 单位为m： 点号 Mx My M 1 0.043 0.080 0.090 2 0.014 0.080 0.081 3 0.010 0.016 0.019 4 0.020 0.076 0.079 对应1：1000图 Mx=±0.029mm My=±0.079mm M=±0.084mm 格网点误差统计由公式 Mx=±0.065mm My=±0.076mm M=±0.080mm 因为格网点与四角控制点是等精度，所以统计后的精度基本一致。 5提高扫描数字化精度的几个具体问题 为什么扫描仪安装后和计算机联接后无法开始扫描工作？为什么新选购来的扫描仪，扫描精度无法满足地图数字化的要求？不难看出，扫描数字化的工作中有许多意想不到的问题亟待我们解决。 问题一的原因是，外部计算机挂接的硬件太多，计算机没有地址分配给扫描仪联机，去除一个连接的声卡或其它硬件，扫描仪工作正常。问题二意见反馈到厂商，厂商说不知你们要求那么高的精度，这种扫描仪专为一般工程用途设计，地图数字化有更高精度的扫描仪，换了一台Intergraph公司的扫描仪问题解决。 5.1扫描仪检校 扫描仪使用前需经过校准。安装扫描仪后，一是测量从滚轴上反射光强的初始校准，二是在扫描仪上的照明灯连续加电12小时后的精细调整，这样扫描仪才能达到最佳状态。 5.2操作人员的熟练程度 数字化图时对使用扫描仪的操作员要求也非常重要。如经扫描的二值图清晰，变形小，文件大小适中，精度许可的情况下扫描点数应尽量小，一般每英寸400DPl左右常使用。当扫描仪一定时，操作人员的使用对扫描产生的误差起相当大的作用，有时一幅图反复扫描三次，经软件进行几何改正，不能达到预期的精度，用坐标格网尺测量原图尺寸符合要求，后再次扫描得到满意结果。这里包括扫描时各个参数的设置，如：分辨率，门槛值和滤波值的设置，先进行预扫，以及经验值的使用等。 5.3扫描介质均匀度 扫描介质均匀度对扫描误差的产生影响不可忽视。有一幅薄膜图扫描后产生很大的歪斜度，经查是薄膜图中间残留的粘胶在滚轴中粘了一下，扫描过程中走纸方向发生变化造成。所以扫描前应先检查扫描介质均匀度，如遇局部不均匀图纸应处理好再扫描。 5.4处理扫描图的软件 处理扫描图的软件在扫描图过程中也起很大作用，如 ANATech 3840扫描仪有四种消蓝方法可选择：基本门限消蓝（称为直线型门限，其值范围为1－255）；增强型门限消蓝，它是根据输人图纸的背景值自动调节门限值；高级门限消蓝，它是由操作人员根据图纸底色的变化情况，设定窗口的大小，机器将整个图纸分成若干块；再根据每块的背景值，计算出这块的门限，分块消蓝，由软件进行消蓝；大张角门限消蓝，该方法仅限于带专门硬卡的 ANATh 3840PLUS机。由于它是硬卡进行实施处理，所以消蓝质量高，速度快。 为确保得到高质量的扫描数据，清洁滚轴不可忽视，滚轴长时间使用后，附着在滚轴表面的橡胶层上会聚集一些脏东西，它们一般是图纸从滚轴上穿过扫描时留下的，如铅笔印痕，退色的墨迹以及其它碎屑。 扫描的图纸越多，胶滚上的污物越多，因此，一般建议扫描1000张图纸或使用3个月就清洁一次滚轴。保持滚轴清清还可以防止有害物体磨损图纸。 6结论 扫描数字化是一种值得推广高效率的地图数字化方法。当扫描仪选定后其地图数字化的速度和精度都大大优于数字化板上手扶跟踪矢量化。选择一套高效的矢量化软件至关重要。可根据不同要求快速矢量化或分元素半自动跟踪矢量化。 参考文献 花向红潘正风．基于比例尺地形图的扫描数字 化算法的研究．《城市测绘》1997．1