摘  要: 根据彩色城市地图的颜色和文字特征,结合灰度形态学理论提出一种新的方法来消除地图中道路上的文字噪声。

　　关键词: 彩色城市地图  道路  灰度形态学  文字特征

　　城市地图的信息识别是GIS/GPS的基础。道路的识别和提取是地理信息识别的重要组成部分,而消除道路上的噪声是识别和提取道路的关键环节。在大部分彩色城市地图中,道路上的噪声主要表现为文字。对于彩色城市地图中的文字,既不能用道路的颜色来替代,也不能用区域的颜色来填充。目前,在提取区域方面,人们已经作了大量的研究,提出许多很好的消除区域噪声的方法。然而,在消除道路噪声方面,却几乎没有行之有效的办法。本文结合灰度形态学的理论和文字的自身特征提出了消除道路上文字噪声的方法,为提取道路创造了有利的条件。

　　本文中研究的地图来源于中国地质出版社出版的中国公路交通地图图册压缩光盘,以彩色沈阳城市公路交通图为例来说明如何去除道路上的文字。

1  归一化道路颜色

　　沈阳城市公路交通图(部分)如图1所示。图中的道路用多种颜色标示(以此来区别不同用途的道路)。为了顺利地消除道路上的文字噪声,必须先将道路的颜色归一化,使得所有的道路都以同一种颜色(白色)标示。不同用途的道路的颜色具有相似性,因此,不同用途的道路的颜色都很容易提取。先提取图1中的道路颜色,再扫描整幅图像并计算所提取的道路颜色和地图中各种颜色之间的颜色距离。如果颜色距离小于事先设定的阈值,就可以认为在地图中该颜色标示的是道路,并且把该颜色替换为白色。颜色距离的计算公式如下:

　　其中,R1、G1、B1分别代表地图中颜色的红色、绿色和蓝色分量;R2、G2、B2分别代表提取的道路颜色的红色、绿色和蓝色分量;D代表这2种颜色之间的距离。道路颜色归一化的效果图如图2所示。

2  消除道路上的文字

　　从图2中可以看到:道路上的噪声都是文字。下面将结合灰度形态学的理论和文字自身的特征来消除道路上的文字。

2.1 灰度形态学

　　灰度形态学(Gray-Scale Morphology)是数学形态学(Mathematical Morphology)在灰度图像空间的推广。数学形态学的数学基础和所用的语言是集合论,而灰度形态学的运算操作对象是图像函数。设f(x,y)是输入图像,b(x,y)是结构元素,它可以被看作是一个子图像。

　　(1)形态学膨胀

　　即梯度就是先对图像进行形态学膨胀操作,然后减去形态学腐蚀所得的结果。

2.2 利用灰度形态学梯度消除道路上的文字

　　利用形态学梯度能加强图像中比较尖锐的灰度过渡区。因此,可以应用灰度形态学的梯度运算结果来消除道路上的部分文字噪声。归一化后的地图作灰度形态梯度运算的效果图如图3所示。

　　从图中可以看到,道路上文字都以高亮度显示。这样,就可以利用图3中高亮度点来替代道路颜色归一化的地图中相应点,并将该点颜色设置为白色,则梯度消除的文字效果图如图4所示。

2.3 利用文字特征消除道路上文字

　　从图4中可以看到,道路上的文字已经被消除很多,但是还没有完全消除。因此,需要再利用文字自身的特征来消除道路上的文字。

　　在地图中,文字的笔划宽度及笔划间的间距一般在1～3个象素之间,利用文字的这个特征可以消除大部分道路文字。在此之前,先对图4进行二值化,二值化效果图如图5所示。

　　二值化后利用文字特征来去除地图道路上的文字,处理后的效果如图6所示。

　　从图6中可以看到,道路上的文字已经被消除。但是,道路上还有些黑色的小块和道路断开的现象。造成这种现象的主要原因是道路上文字的笔划间粘连或者是文字过粗。对于这种现象一般要根据实际情况作相应处理。

　　(1)如果道路间距很窄(即区域的宽度很小),可以先作细化处理,再根据道路的特征(如连通性等)进行相应的处理。

　　(2)如果道路间的间距较宽,则可以先进行膨胀运算,再利用文字的特征来消除这种现象。

　　对于图6中的现象可以采用方法(2)来处理,并对其进行反色处理,处理结果如图7所示。

3  总  结

　　笔者利用上述方法对沈阳彩色城市交通图(部分)进行处理并获得良好的效果。从处理的结果可以清楚地看到,此城市交通图道路上的文字噪声基本上完全被消除了。然而,该方法也存在一些不足之处,如对道路上非黑色文字作形态学梯度处理时,处理效果不明显。

参考文献

1  叶家鸣.彩色城市交通地图道路信息的识别与提取.中国科学技术大学硕士论文,2003

2  章毓晋.图像处理与分析.北京:清华大学出版社,2000

3  向世明.Visual C++数字图像与图形处理.北京:电子工业出版社,2002

4  崔屹.图像处理与分析数学形态学方法及应用.北京:科学出版社,2000