[發(fā)明專利]基于傅立葉變化的光滑邊界地圖數(shù)據(jù)多尺度信息派生方法

在審

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• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108198136A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 李精忠;閆沂婷;吳丹丹;高俊;張圓
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

本發(fā)明公開了一種基于傅立葉變化的光滑邊界地圖數(shù)據(jù)多尺度信息派生方法，利用Fourier變換將矢量多邊形在空間域的坐標串表達形式轉(zhuǎn)換為頻率域的函數(shù)表達形式，然后對大小比例尺下兩種表達對應的Fourier函數(shù)進行復合，得到多邊形在任意中間尺度的表達函數(shù)，最后將中間狀態(tài)的Fourier函數(shù)展開為矢量坐標串表達形式，以獲得多邊形的中間插值形狀。本發(fā)明中傅立葉級數(shù)展開階次越大，越接近原始圖像，在給定精度下，確定傅立葉級數(shù)展開階次，然后得到任意中間尺度的表達函數(shù)，從而實現(xiàn)光滑邊界地圖數(shù)據(jù)在多尺度中的信息派生。本發(fā)明對于具有光滑邊界的多邊形連續(xù)插值和多尺度表達具有較好的適應性和尺度敏感性，較小的尺度變化都產(chǎn)生光滑連續(xù)的漸變效果。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于地圖數(shù)據(jù)處理技術(shù)領域，涉及一種光滑邊界地圖數(shù)據(jù)多尺度信息派生方法，具體涉及一種利用傅立葉變換求得多邊形任意中間尺度的表達函數(shù)，進而獲得多邊形的中間插值形狀的方法。

背景技術(shù)

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，地圖服務需要滿足不同層次用戶個性化需求，在地圖內(nèi)容上提供任意尺度的表達，這需要連續(xù)地圖綜合技術(shù)的支持。在GIS領域，Morphing的形狀漸變特性符合空間數(shù)據(jù)多尺度表達與漸進式綜合的技術(shù)需求，眾多專家和學者對該技術(shù)表現(xiàn)了極大的興趣。Morphing又稱圖形漸變技術(shù)，其基本思想是采用某種內(nèi)插方法使得初始圖形(圖像)光滑連續(xù)地漸變到目標圖形(圖像)。傳統(tǒng)的矢量圖形Morphing變換涉及兩個基本過程，即圖形特征匹配和形狀插值。圖形特征匹配指通過特征分析提取始末圖形上的特征點并建立二者之間的聯(lián)系，常見的匹配方法有基于能量最小化的物理匹配方法、基于距離最鄰近的幾何匹配方法等。形狀插值是在特征匹配的基礎上將初始圖形的各部分沿一定路徑變換到目標圖形對應部分所在位置，獲取中間狀態(tài)圖形系列，常見的插值方法包括線性插值方法、基于目標邊界的插值方法和顧及目標內(nèi)部區(qū)域的差值方法等。

由于形狀插值算法相對成熟，GIS領域研究的重點集中在形狀特征匹配。最簡單的匹配方法是按長度比例線性插值補齊始末圖形頂點數(shù)目的差額，然后在相同點數(shù)的情況下按頂點序號一一對應，該方法以坐標序號進行始末圖形頂點對應，沒有考慮圖形結(jié)構(gòu)特征的匹配性，極易產(chǎn)生頂點誤匹配，從而導致畸異中間狀態(tài)的產(chǎn)生。為避免誤匹配情況的發(fā)生，出現(xiàn)了基于特征點的匹配方法。如等(2008)利用貝塞爾曲線篩選要素弧度較大處的頂點作為特征點，以動態(tài)規(guī)劃的方法進行特征點的匹配；Albrecht等以弧度較大處的點為特征點，基于位移最小原則進行特征點的匹配；彭東亮等(2012)以線狀要素的BLG樹節(jié)點作為特征點，基于BLG樹從根節(jié)點開始逐層向下進行節(jié)點匹配；李精忠等(2014)以模擬退火技術(shù)實現(xiàn)特征點的最優(yōu)匹配；彭東亮等(2014)在線狀要素彎曲匹配的基礎上，進一步提取其“背面”的彎曲森林，進而遞歸挖掘更深層次的彎曲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更充分利用彎曲結(jié)構(gòu)的特征匹配。

基于特征匹配的矢量圖形Morphing變換方法，對特征匹配算法要求較高，如鄧敏、彭東亮等提出的基于線狀要素的特征匹配，涉及到曲線形態(tài)的結(jié)構(gòu)化表達，須首先對曲線彎曲深度層次結(jié)構(gòu)進行二叉樹表達，過程較為繁瑣復雜，且一旦出現(xiàn)錯誤的特征匹配必將導致中間狀態(tài)出現(xiàn)非同構(gòu)幾何特征甚至畸變。本文提出一種基于傅立葉變換的面狀要素Morphing方法，該方法無需進行特征匹配，其基本思想是利用Fourier變換將同名面狀要素在空間域的坐標串表達形式轉(zhuǎn)換為頻率域的函數(shù)表達形式，然后對大小比例尺下兩種表達對應的Fourier函數(shù)進行加權(quán)復合，得到多邊形在任意中間尺度的表達函數(shù)，最后將中間狀態(tài)的Fourier函數(shù)展開為矢量表達形式獲得多邊形的中間插值形狀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決現(xiàn)有的光滑邊界地圖數(shù)據(jù)多尺度信息派生的問題，提出了一種利用傅立葉變換求得多邊形任意中間尺度的表達函數(shù)，進而獲得多邊形的中間插值形狀的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于傅立葉變化的光滑邊界地圖數(shù)據(jù)多尺度信息派生方法，其特征在于，包括以下步驟：