浅谈图像处理技术中的工程图纸矢量化系统

摘要:工程图本身比较复杂,同时由于图纸在扫描工程中由于各方面的原因引入了误差,产生了很多噪声的干扰,使得图像矢量化的效果始终不能令人十分满意,所以对于工程图纸矢量化技术的研究具有很大的现实意义。

关键词:工程;技术;学科

中图分类号:G446文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)01-0205-01

工程图本身比较复杂,同时由于图纸在扫描工程中由于各方面的原因引入了误差,产生了很多噪声的干扰,使得图像矢量化的效果始终不能令人十分满意,所以对于工程图纸矢量化技术的研究具有很大的现实意义。

工程图纸的计算机处理是目前工程设计、机械、建筑、地质数据资料分析和图纸远距离传送中的重要研究课题,由于这些图纸通常幅面较大,当用扫描等方法将其输入计算机时,数据量以几十兆,甚至上千兆计.图纸的矢量化就是要对这些经扫描得到的庞大光栅图象点阵,通过对其文本、符号及图形元素进行分离和识别,进而大幅度地压缩图象数据并将图象转化为各CAD系统所能接受的矢量图形格式,使之能利用许多商用CAD软件对工程图进行放大、缩小、修改及存储。对此已有许多研究,然而,由于该问题涉及的学科多、难度大,目前的研究结果普遍存在处理速度慢、智能程度低以及普适性能差等缺点。

图形在计算机中的表示,通常有两种方式:一种是光栅点阵的形式(rastergraphics);另一种是用矢量的形式(vector graphics)。

光栅点阵图像是以像素为单位对图像进行存取,对之操作时需要占据很大的存储空间,同时也不易进行各种变换处理,如对图像进行缩放、旋转、修改等,这对图像的分析、处理、传输与存储带来了极大的不便。而矢量图形是由线条和形状组成,对其进行操作时只需要对描述图形的参数进行修改即可,例如存储线段只需记录其端点坐标,而对于圆弧仅需记录其圆心坐标、半径、起点与终点。因此,对矢量图形进行各种图形变换均很方便。矢量图形有以下特点:边缘平滑、明显,图形放大后不变形,并且节省了大量存储空间,对于某些图形变换,速度也有很大的提高。

在某些需要使用光栅图形的地方,矢量图形也可很方便利用计算机图形学的基本方法较为快速的进行转换。基于矢量图形这些优点,在大量领域里都用到了矢量图形,光栅图像矢量化(Raster to Vector Conversion)也成为众多领域的热门课题。它是利用计算机图形学、数字图像处理、人工智能等综合技术,将光栅图像识别为矢量图形。如在工程图纸领域,随着计算机的普及,各种CAD软件得到了广泛的应用,目前在机械设计以及其他设计领域内,大多数系统都由计算机辅助设计完成。CAD技术带来了工程设计上的便利,同时也提高了图纸的存储、信息检索的效率。但是在此之前,各大中型企业几十年来已经保存了大量的设计图纸,很多图纸以工程蓝图的形式存在。这些纸质的工程设计图,无论是在保存上,还是在资料的存储、检索等方面,都极为困难,并且对于原有设计图纸的重新使用方面,起到的作用更始微乎其微。在很多大型的设计项目中,尤其是系列化或者改进型号中,大量的设计图纸都是相同的,由于原有工程图纸无法重复利用,每一次系统改进,即使是细微的改变,都需要重新绘制系统使用的所有工程图纸,造成了人力、物力和财力的极大浪费,同时使系统设计周期大大增加。因此,将原有的大量的纸质工程图纸,通过扫描仪等输入设备,输入到计算机中,然后通过一系列的处理过程,变成CAD软件能够识别的内容,是目前迫切需要解决的问题。

工程图纸矢量化技术解决了这个问题。它把经扫描所得到的工程图纸光栅图像加以处理、分析、识别并最终转换成矢量图形格式。以矢量图形格式存储工程图纸信息有以下优点:

1.可以和CAD/CAM系统集成

目前市场上的各种CAD系统都毫无例外地使用矢量格式的图形文件,因为矢量图形格式包含图形的各种数据信息,CAD系统可以作进一步处理。例如:计算面积、体积、重量、参数化设计、生成三维图形、模具设计等。

2.存储空间小

以矢量格式存储的工程图纸所占的磁盘空间往往只是光栅图像的1/5-1/10。因此矢量化技术也是一种图像压缩技术,在图纸通信系统中也常常得以应用。

矢量图形之间可以进行透明叠加,有利于揭示图形之间的内在关系;对图形可以进行无级放大或缩小,也可以拖拉图形,使图形漂移浏览;对图形可以方便地再编辑,并可以对其进行赋值和标注等;可以方便地建立起图形数据库,对图形进行操作、分析和管理等。

工程图纸矢量化技术是工程图纸集成处理系统,包括图纸档案管理系统、图纸通信系统、图纸理解系统的前期必经步骤和关键环节,也是近年来CAD技术的研究热点之一。此项技术有着广阔的应用前景和较大的研究空间,同是又由于它涉及到诸多学科,如图形学、图像处理、模式识别和人工智能等,决定了它又有相当大的研究难度。

除工程图纸领域外,图像矢量化技术还广泛的应用于其他领域:如在工程控制领域中,利用图像矢量化技术,可以实现激光演示系统激光轨迹的控制、模具加工中模具切割走刀的轨迹控制等;在图像动画制作与传输方面,图像矢量化技术可以有效的减小图像的存储空间,从而加快图像动画的传输速度,典型的技术产品有flash等。