[发明专利]一种栅格数字图像快速矢量化方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感数字图像处理和地理信息系统（GIS）中数据转换技术领域，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。 

技术背景

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：（1）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。 

发明内容：

本发明的目的在于提出一种栅格数字图像快速矢量化方法，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高的缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种栅格数字图像快速矢量化方法，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。

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。 

本发明的有益效果是： 

（1）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，总是先遇到“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。