基于视觉特征的值线绘制方法技术报告.doc

基于视觉特征的等值线绘制方法 1应用背景 很多时候我们需要从一幅图像中找出我们所需要的某一变的某一个或者多个值时的特征，或者在一个数据集中提取出某一或者多个数值或者的所有数据，例如在描述地形的图像中，我们希望在该图中看到地势的起伏或者地貌结构；在气象研究中，我们希望看到某些地区的气温、水温或者地温变化等，这时我们就可以应用等值线提取的方法得到我们所需要的特征值。 等值线是制图对象某一数量指标相等的各点连成的平滑曲线，等值线图则是一组相等数值的连线表示制图对象数量、特征的地图。它是一种应用及其广泛的图形，是在二维平面上把一种空间分布现象中具有相同数值的点连接而成的图形。等值线图是数据与图像的结合，非常直观形象给人们展示了数据的变化趋势，因此在科学和工程各个领域应用的非常广泛，现在等值线图广泛应用在地貌学、气候学、环境学等各个领域中。 2国内外研究现状 等值线图已经在几百年前开始使用，传统的等值线绘制方式是通过手工计算绘制出来的，计算量大，工作繁重，制图周期长且不易长期保存，生产效率较低。随着计算机的发明，计算机软硬件的发展，科学计算可视化迅速发展，等值线的绘制技术进入了计算机自动绘制的时代，在各领域广泛应用起来。在这一时期，等值线绘制技术引起了大量研究人员的关注和研究，并提出了许多等值线提取算法，总结起来主要有以下几个方面的研究：数字模拟构建理论、等值线生成方法、等值线光滑方法、等值线填充方法，在这里我们只对等值线生成算法进行介绍。在可视化技术中，常用的等值线生成算法分为两类：网格序列法和网格无关法。等值线生成的关键步骤有：（1）数据网格化；（2）等值点计算；（3）等值线跟踪； 2.1网格序列法和网格无关法 网格无关法即给出或求出等值线的起始点，利用该点附近的几何性质计算出下一个等值点。然后根据以求出的等值点计算下一个等值点，直到该等值线在边界区域或者回到原始起点为止。该类方法适合单位网格较多的情况，等值线分布大致已知，提取效率较高。不足之处是算法比较复杂，不易编程实现。 网格序列法是将原始数据构成网格，按照网格单元的排列次序，依次处理每一个单位网格，找出每个单位网格的等值线，遍历所有的网格点得到数据网格中的全部等值线。该方法适用于网格单元较少的情况，可以提取出局部区域内的多条等值线，但是等值线分布情况未知。常用的网格序列法有矩形网格法和三角网格法。 2.2等值线数据网格化 由上述可知等值线生成算法可分为网格序列法和网格无关法，本文主要要讨论网格序列法，常用的网格序列法包括不规则三角网格法和规则矩形网格法[1]。 不规则三角网格利用离散地质数据点连接形成互不重叠的三角形来模拟地形地貌。三角形网格化即计算几何中的三角剖分，是离散数据结点，按照一定的原则连成一系列的三角形的过程。它主要讨论网格的构建，算法复杂。目前不规则三角剖分大致有最小权三角剖分、贪婪三角剖分和Delaunay三角剖分[2]。其中构建Delaunay三角剖分的算法[3]目前主要有Lawson算法、Bowyer-Watson算法、Sweepline算法、Incremental算法、分支算法等。不规则三角网模型可以保持原始数据的精度、有效地利用原始数据，因此它能精确地描述事物的特征。 规则矩形网格适用于分布均匀的采样数据或者具有一定规律性的采样数据。这种网格结构简单以实现，而且空间利用率高，算法主要集中在网格出口边的判断上，算法较简单等值线提取效率较高。但是它不能保持原始数据精度，其事物特征表示的精度海域差值函数相关。且规则矩形网格存在数据冗余的缺点，对分布不均匀的采样数据有哪些信誉好的足球投注网站效率低，数据重用率高，从而影响等值线的生成效率。因此针对这种问题有人又提出了多重网格剖分快速有哪些信誉好的足球投注网站算法。 多重网格剖分[4]快速有哪些信誉好的足球投注网站方法的基本思想是：首先根据采样数据的特点进行多重网格剖分，同时将剖分后的网格建立索引结构，该过程实现了局部采样数据在每个网格及其子网格中的均匀分布。其次在网格化过程计算待插值点时，通过计算网格点坐标查找多重剖分后的网格索引结构对应的网格单元，取出该网格单元中的采样数据。最后，待所有带插值点计算完成，网格化过程随之结束。这种方法解决了规则矩形网格方法在处理分布不均与离散数据时的问题。它主要分为多重网格剖分算法和基于多重网格剖分的快速有哪些信誉好的足球投注网站算法两部分。 2.3等值点计算 等值点的计算运用了数学空间差值理论[5]，空间数据差值是利用已知的采样数据，根据某种数学关系推测出位置点或者位置区域数据的差值拟合过程，空间差值方法较多大体分为基于整体的差值方法和基于局部的差值方法。基于整体的差值方法适用于图幅范围较大的数据它主要有：趋势面法、最小二乘法。基于局部的差值方法适用于要求细节描述较高的等值线图，它主要有：距离反比加权法、移动内插法、样条函数法、克里金法等。 2.4 等值线跟踪