摘? 要: 根據彩色城市地圖的顏色和文字特征,結合灰度形態學理論提出一種新的方法來消除地圖中道路上的文字噪聲。

　　關鍵詞: 彩色城市地圖? 道路? 灰度形態學? 文字特征

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　　城市地圖的信息識別是GIS/GPS的基礎。道路的識別和提取是地理信息識別的重要組成部分,而消除道路上的噪聲是識別和提取道路的關鍵環節。在大部分彩色城市地圖中,道路上的噪聲主要表現為文字。對于彩色城市地圖中的文字,既不能用道路的顏色來替代,也不能用區域的顏色來填充。目前,在提取區域方面,人們已經作了大量的研究,提出許多很好的消除區域噪聲的方法。然而,在消除道路噪聲方面,卻幾乎沒有行之有效的辦法。本文結合灰度形態學的理論和文字的自身特征提出了消除道路上文字噪聲的方法,為提取道路創造了有利的條件。

　　本文中研究的地圖來源于中國地質出版社出版的中國公路交通地圖圖冊壓縮光盤,以彩色沈陽城市公路交通圖為例來說明如何去除道路上的文字。

1? 歸一化道路顏色

　　沈陽城市公路交通圖(部分)如圖1所示。圖中的道路用多種顏色標示(以此來區別不同用途的道路)。為了順利地消除道路上的文字噪聲,必須先將道路的顏色歸一化,使得所有的道路都以同一種顏色(白色)標示。不同用途的道路的顏色具有相似性,因此,不同用途的道路的顏色都很容易提取。先提取圖1中的道路顏色,再掃描整幅圖像并計算所提取的道路顏色和地圖中各種顏色之間的顏色距離。如果顏色距離小于事先設定的閾值,就可以認為在地圖中該顏色標示的是道路,并且把該顏色替換為白色。顏色距離的計算公式如下:

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　　其中,R1、G1、B1分別代表地圖中顏色的紅色、綠色和藍色分量;R2、G2、B2分別代表提取的道路顏色的紅色、綠色和藍色分量;D代表這2種顏色之間的距離。道路顏色歸一化的效果圖如圖2所示。

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2? 消除道路上的文字

　　從圖2中可以看到:道路上的噪聲都是文字。下面將結合灰度形態學的理論和文字自身的特征來消除道路上的文字。

2.1 灰度形態學

　　灰度形態學(Gray-Scale Morphology)是數學形態學(Mathematical Morphology)在灰度圖像空間的推廣。數學形態學的數學基礎和所用的語言是集合論,而灰度形態學的運算操作對象是圖像函數。設f(x,y)是輸入圖像,b(x,y)是結構元素,它可以被看作是一個子圖像。

　　(1)形態學膨脹

　　即梯度就是先對圖像進行形態學膨脹操作,然后減去形態學腐蝕所得的結果。

2.2 利用灰度形態學梯度消除道路上的文字

　　利用形態學梯度能加強圖像中比較尖銳的灰度過渡區。因此,可以應用灰度形態學的梯度運算結果來消除道路上的部分文字噪聲。歸一化后的地圖作灰度形態梯度運算的效果圖如圖3所示。

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　　從圖中可以看到,道路上文字都以高亮度顯示。這樣,就可以利用圖3中高亮度點來替代道路顏色歸一化的地圖中相應點,并將該點顏色設置為白色,則梯度消除的文字效果圖如圖4所示。

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2.3 利用文字特征消除道路上文字

　　從圖4中可以看到,道路上的文字已經被消除很多,但是還沒有完全消除。因此,需要再利用文字自身的特征來消除道路上的文字。

　　在地圖中,文字的筆劃寬度及筆劃間的間距一般在1～3個象素之間,利用文字的這個特征可以消除大部分道路文字。在此之前,先對圖4進行二值化,二值化效果圖如圖5所示。

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　　二值化后利用文字特征來去除地圖道路上的文字,處理后的效果如圖6所示。

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　　從圖6中可以看到,道路上的文字已經被消除。但是,道路上還有些黑色的小塊和道路斷開的現象。造成這種現象的主要原因是道路上文字的筆劃間粘連或者是文字過粗。對于這種現象一般要根據實際情況作相應處理。

　　(1)如果道路間距很窄(即區域的寬度很小),可以先作細化處理,再根據道路的特征(如連通性等)進行相應的處理。

　　(2)如果道路間的間距較寬,則可以先進行膨脹運算,再利用文字的特征來消除這種現象。

　　對于圖6中的現象可以采用方法(2)來處理,并對其進行反色處理,處理結果如圖7所示。

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3? 總? 結

　　筆者利用上述方法對沈陽彩色城市交通圖(部分)進行處理并獲得良好的效果。從處理的結果可以清楚地看到,此城市交通圖道路上的文字噪聲基本上完全被消除了。然而,該方法也存在一些不足之處,如對道路上非黑色文字作形態學梯度處理時,處理效果不明顯。

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參考文獻

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2? 章毓晉.圖像處理與分析.北京:清華大學出版社,2000

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4? 崔屹.圖像處理與分析數學形態學方法及應用.北京:科學出版社,2000