Extraktion attributierter Strukturprimitiven aus kartographischen Vorlagen auf der Basis einer multispektralen Bildanalyse:
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| Format: | Hochschulschrift/Dissertation Buch |
| Sprache: | Englisch Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Bremen
Studiengang Geographie, Fachbereich 8, Univ. Bremen
1993
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Bremer Beiträge zur Geographie und Raumplanung
27 |
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| adam_text | Titel: Extraktion attributierter Strukturprimitiven aus kartographischen Vorlagen auf der Basis einer multi
Autor: Lauterbach, Bernd
Jahr: 1993
XIII
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abbildungen XVII
Verzeichnis der Tabellen XX
Abkürzungen und Symbole XXII
Allgemein verwendete Abkürzungen.................................................................................XXII
Allgemein verwendete Symbole........................................................................................XXII
1 Einleitung 1
1.1 Allgemeine Einfuhrung..............................................................................................1
1.2 Ziel der Arbeit..........................................................................................................1
1.3 Eigenschaften der neu entwickelten Methode............................................................2
1.4 Gliederung der Arbeit...............................................................................................2
2 Geographische Informationssysteme (GIS) und Kartographie 3
2.1 Computergestützte Kartographie - Geographische Informationssysteme....................3
2.2 Aspekte der Kartographie.........................................................................................4
2.2.1 Überblick über einige Standard-Kartenwerke....................................................................5
2.2.1.1 Die topographische Karte TK25..................................................................................5
2.2.1.2 Die Deutsche Grundkarte DGK5.................................................................................6
2.2.1.3 Katasterkarten............................................................................................................7
2.2.2 Verwendung von Farbe in kartographischen Darstellungen...............................................8
2.3 Die Notwendigkeit der computergestützten Digitalisierung von Kartenwerken..........9
3 Zum aktuellen Stand der computergestützen Kartendigitalisierung 11
3.1 Kommerzielle Systeme............................................................................................11
3.2 Nichtkommerzielle Systeme- Stand der Forschung.................................................12
4 Automatische Digitalisierung topographischer Karten 14
4.1 Methode zur Extraktion attributierter Strukturprimitiven.........................................14
4.2 Vorteile der entwickelten Extraktionsmethode........................................................17
5 Die Qualität des digitalen Rasterbilds der Vorlage 18
5.1 Geometrische Qualität der Scanner-Daten...............................................................19
5.1.1 Bestimmung der geometrischen Genauigkeit des justierten Scanners...............................19
5.1.2 Ungenauigkeiten durch nicht exakte Justierung des Scanners..........................................21
5.2 Radiometrische Qualität der Scanner-Daten............................................................21
5.2.1 Photo Response Non-Uniformity....................................................................................21
5.2.2 Rauschen und Schwarzpegel..........................................................................................22
5.2.3 Nichtlinearität der Scanner-Daten bezüglich der Beleuchtungsstärke...............................23
5.2.4 Farbfehler......................................................................................................................25
5.2.5 Weitere fehlererzeugende Eigenschaften und Einflüsse....................................................26
Inhaltsverzeichnis
6 Korrektur der Scanner-Daten für die Segmentierung 30
6.1 Korrektur der Scanner-Rohdaten............................................................................30
6.1.1 Photo Response Non-Uniformity und unterschiedliche Empfindlichkeit der Farbkanäle ... 30
6.1.1.1 Verfahren mit einem Referenzpunkt..........................................................................30
6.1.1.2 Verfahren mit zwei Referenzpunkten.........................................................................32
6.1.2 Gamma-Korrektur der Scanner-Daten mittels NCS-Farb-Testmustem............................32
6.2 Berechnung der Primärvalenzen des Scanners.........................................................34
6.2.1 Die spektrale Strahlungsverteilung der Scanner-Beleuchtungseinheit und deren
Normfarbwerte..............................................................................................................34
6.2.2 Der Transmissionsgrad der Scanner-Farbfilter...............................................................36
6.2.3 Der Transmissiongrad des Scanner-Sensors...................................................................37
6.2.4 Betrachtung des Zusammenwirkens der Einzelkomponenten...........................................37
6.3 Umrechnung der RGB-Daten in das XYZ-System...................................................39
6.4 Verwendung von NCS-Farb-Testmustern als Referenz für den Farbabgleich............39
6.5 Korrektur des Scanner-Farbfehlers - Abgleich auf das Normvalenzsystem...............40
6.5.1 Abbildungen mittels Polynomen 1. Grades.....................................................................41
6.5.2 Abbildungen mittels Polynomen 1. Grades mit gemischten Koeffizienten.........................42
6.5.3 Abbildungen mittels Polynomen 2. und höheren Grades..................................................43
6.5.4 Bewertung und Gültigkeitsbereich der Korrekturen.........................................................43
6.6 Integration der Korrektur und der Umrechnung in das Koordinatensystem uV........47
6.7 Optimierung des Laufzeitverhaltens durch den Einsatz von Tabellen (Look-Up-
Tables)....................................................................................................................48
7 Segmentierung - Separierung der Farbschichten der Rasterkarte 49
7.1 Auswahl eines geeigneten Farbsystems für die Segmentierung.................................49
7.1.1 Bewertung der nicht empfindungsgemäßen Farbsysteme.................................................50
7.1.2 Bewertung der empfindungsgemäßen Farbsysteme.........................................................51
7.1.3 Abschließende Auswahl.................................................................................................52
7.2 Aktueller Stand der Forschung auf dem Gebiet der Segmentierung..........................52
7.3 Überlegungen zur notwendigen Dimensionalität des Merkmalsraumes L*u*v*........55
7.4 Abbildungen von Vollfarbdokumenten in der xy-Normfarbtafel...............................56
7.4.1 Abbildungen bunter und unbunter Farben.......................................................................56
7.4.2 Additive Mischung an Farbkanten - scannerbedingte Farbverläufe..................................57
7.4.3 Subtraktive Farbmischung - transparent übereinandergedruckte Vollfarben.....................60
7.5 Methode der Segmentierung...................................................................................60
7.5.1 Detektion von Maxima und Graten im Merkmalsraum....................................................61
7.5.1.1 Detektion von Maxima in eindimensionalen Histogrammen........................................62
7.5.1.2 Erweiterung der Maxima-Detektion für zweidimensionale Histogramme....................62
7.5.1.3 Modifizierung der Maxima-Detektion zur Bestimmung von Graten............................63
7.5.1.4 Bestimmung weiterer Merkmalszentren in Bereichen mit großer Streuung..................64
7.5.2 Segmentierung der Rasterkarte auf der Basis der additiven Farbmischgesetze.................66
7.5.2.1 Segmentierung der Bildpunkte nach ihrem Farbort in der u v -Farbtafel......................66
7.5.2.2 Segmentierung der Elemente des unbunten Clusters nach ihrer Helligkeit...................68
7.5.3 Korrektur der extrahierten Farbschichten.......................................................................68
7.5.3.1 Beseitigung der fehlklassifizierten Bildpunkte............................................................68
7.5.3.2 Korrektur fehlender Flächenelemente.........................................................................69
7.6 Vergleich der Ergebnisse der Segmentierung mit zwei anderen Verfahren........................70
7.6.1 UnüberwachtesMinimum-Distance-Verfahren...............................................................72
7.6.2 Fest dimensionierter Klassifizierer.................................................... 74
8 Extraktion von Texturen 76
8.1 Form-undtopologiegesteuerteTexturerkennung.. . 76
XV
8.1.2 Die Korrelation von Maske und Rasterbild.....................................................................77
8.1.3 Extraktion der Maxima..................................................................................................78
8.1.4 Berechnung der Homogenität.........................................................................................79
8.1.5 Klassifizierung der Textur.............................................................................................79
8.1.6 Automatische Maskengenerierung aus der Textur...........................................................80
8.1.7 Verknüpfung von Texturfläche und Farbschicht.............................................................82
9 Symbolerkennung 84
9.1 Auflösungsinvariantes Template-Matching..............................................................85
9.1.1 Definition der Templates mit Hilfe der Kartenlegende.....................................................86
9.1.2 Matching-Verfahren und Bewertungsvorschrift..............................................................88
9.1.3 Erweiterung des Template-Matching zur Erkennung zusammengesetzter Symbole..........91
10 Vektorisierung 93
10.1 Datenstruktur für die Speicherung der Vektordaten.................................................93
10.2 Erkennung von linien- und flächenhaften Farbschichten der Rasterkarte..................94
10.3 Vorverarbeitung der flächenhaften Farbschichten - Konturextraktion.......................95
10.4 Vorverarbeitung der linienhaften Farbschichten.......................................................95
10.4.1 Extraktion kompakter und kleiner Objekte......................................................................95
10.4.2 Aushöhlung von Restflächen..........................................................................................95
10.4.3 Verdünnung...................................................................................................................96
10.5 Knotenextraktion und Linienverfolgung..................................................................98
10.5.1 Extraktion von Knoten und Liniensegmenten..................................................................98
10.5.2 Überführung der Liniensegmente in Freeman-Richtungscode..........................................99
10.5.3 Teilung von Liniensegmenten durch Bewertung der Richtungsänderung..........................99
10.5.4 Teilung von Liniensegmenten mittels Split-Verfahren...................................................100
10.5.4.1 Krümmungsadaptive Vektorisierung mit dem Split-Verfahren..................................101
10.5.5 Integration benachbarter Knoten..................................................................................102
10.5.6 Ermittlung der Vektorattribute.....................................................................................103
10.5.7 Korrektur der Vektordaten...........................................................................................103
10.5.8 Dokumentation der Vektorisierungsergebnisse..............................................................104
Zusammenfassung und Ausblick 106
Anhang A Grundlagen der Farbmetrik 108
A.l Farbreiz und Farbvalenz........................................................................................108
A.2 Farbmischung.......................................................................................................108
A.2.1 Additive Farbmischung................................................................................................108
A.2.2 Subtraktive Farbmischung...........................................................................................108
A.2.3 Autotypische Farbmischung.........................................................................................109
A.3 Primärvalenzen.....................................................................................................109
A.4 Das CIE-Normvalenzsystem XYZ.........................................................................111
A.4.1 MacAdam-Ellipsen......................................................................................................112
A.5 Weitere Farbsysteme.............................................................................................113
A.5.1 Nicht empfindungsgemäße Farbsysteme.......................................................................113
A.5.1.1 Das RGB-Farbsystem.............................................................................................113
A.5.1.2 Das IHS-Farbsystem..............................................................................................114
A.5.2 Annähernd empfindungsgemäße Farbsysteme...............................................................115
A.5.2.1 Das CIELAB-Farbsystem.......................................................................................115
A.5.2.2 Das CIELUV-Farbsystem.......................................................................................116
A.6 Das NCS-Farbordnungssystem....................................................................................116
Inhaltsverzeichnis
Anhang B Scanner-Technologien 119
B.l Bildgebende Elemente in Scannern........................................................................119
B.2 Flachbett-Scanner.................................................................................................121
B.3 Trommel-Scanner.................................................................................................122
B.4 Overhead-Repro-Scanner......................................................................................122
Anhang C Daten des verwendeten Scanners 124
Anhang D Scan-Protokolle 126
D.l Scan-Protokoll Test der radiometrischen Qualität ...............................................126
D.2 Scan-Protokoll Test der additiven Farbmischung bei NCS-Testmustern ..............127
D.3 Scan-Protokoll Erstellen der Karten-Testausschnitte ..........................................127
Anhang £ Tabellen 128
E.l Verwendete NCS-Farb-Testmuster.......................................................................128
E.2 Grauwerte der Farbkanäle der NCS-Farb-Testmuster............................................129
E.3 Normfarbwerte der abgetasteten NCS-Farb-Testmuster und deren Fehler..............130
Anhang F Mathematische Herleitungen 136
F. 1 Zusammenfassung der Berechnungsvorschriften RGB-XYZ, Korrektur XYZ und
XYZ-uV zur direkten Berechnung von u1 und V aus R, G und B...........................136
Anhang G Dokumentation der Ergebnisse 138
G.l Karten-Testausschnitte..........................................................................................138
G.2 Extraktionsergebnisse fur den Karten-Testausschnitt 2..........................................140
G.3 Ergebnisse der Farbkorrektur............................................................. 145
Literaturverzeichnis
146
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Inhaltsverzeichnis
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Bibliotheksmagazin
| Signatur: |
0001 94 B 184 Lageplan |
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| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |