把位图表达的图转为矢量阴影线表达的图的方法和装置

技术领域

本发明涉及CAD(计算机辅助设计)和数字图形图像处理。 

背景技术

现今工业图纸设计过程中，CAD软件得到了广泛使用，CAD软件多以矢量化方式表达几何元素。为了满足生产的需要，与CAD软件系统配套的还有大量可以将图纸进行1∶1输出的输出设备。这些设备通常仅支持矢量数据接口(如宽幅绘图仪)。 

某些情况下，在以矢量数据为主体的图纸数据中，需要加入部分位图数据作为示意符号。由于输出设备多是矢量化的，因而导致这些位图数据无法输出。目前解决方法有三种： 

1：用光栅输出设备将位图单独打印，然后与矢量输出结果一起交付。这种方法增加了人工干预，很不方便。 

2：手工绘制矢量化图形，表达原始位图，并把这一矢量化结果加入到CAD数据中。这种方法增加了人的工作量，而且对使用者的绘画水平提出较高要求。 

3：使用传统的针对轮廓线条的位图矢量化算法完成位图的矢量化，并把转换结果加入到CAD数据中。但是这种算法的局限性在于，不能处理由色块组成的位图。 

发明内容

本发明的发明目的之一是提供一种使用简单可靠的方法和装置，对任意基于位图表达的图像转为用矢量阴影线表达。 

本发明的发明目的之二是，使上述用矢量阴影线表达的图能在单色的矢 量设备上，用以白色或黑色为底色的纸张打印出来。这里矢量设备这个词是个逻辑概念，除了打印设备是矢量设备，对于很多软件来说，它是建立在一个技术平台之上的，这既是技术平台也是矢量设备，比如基于OpenGL技术开发的软件。 

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：把位图表达的图转为矢量阴影线表达的图的方法，包括如下步骤：生成与原始位图一样大小的过滤网格；生成中间位图，即用所述原始位图与所述过滤网格作并集运算，如果运算结果为真的像素满足亮度要求，则作为保留像素；生成矢量阴影线图，即在所述中间位图中搜索同色相邻点，并把它们拟合为一条矢量线，将所有像素都拟合后，根据原始位图的实际尺寸进行比例变换。 

所述的把位图表达的图转为矢量阴影线表达的图的方法，还包括如下步骤：将原始位图进行颜色归一化处理。由于扫描图片时产生的各种噪声或者图片生成软件增加的特殊的渲染效果，使得从人的视觉感受角度来讲连通的区域(两点相邻且颜色相同称之为连通)，位图的相应点集颜色数据不相同。这会导致最后得到的矢量阴影线数据量大大增加。因为本发明的目的是最终得到的阴影线只需要和原图神似，所以通过颜色归一化，以可接受的细节损失换取最终矢量数据的大大减少。颜色归一化首先使用常见的滤波方法去除噪声，如：中值滤波，均值滤波，小波滤波等。然后针对滤波后位图中存在的颜色值进行统计，根据统计结果和系统允许的色差阀值，选定若干种颜色，把位图中不是选定颜色的点，用最接近的选定色替换。从而减少颜色数并扩大连通区域。 

所述的把位图表达的图转为矢量阴影线表达的图的方法，包括如下步骤： 将原始位图进行清除底色处理。只有那些底色为深色的位图才有可能需要进行清除底色处理，因为这样的位图不适合在使用白色纸张的矢量打印设备上输出。因为本发明的一个重要目的在于在纸张上打印，所以导致通常白色作为底色；所以本步骤是为了这个目的而设置的。在某种特定的条件下，底色也可能是黑色，则所有的矢量线颜色都要取反。 

所述将原始位图进行清除底色处理包括如下步骤，在原始位图上选定一个区域，判定与选定区域连通的区域均为底色，使用白色替代之，多次进行这个步骤，直至底色被全部清除为止。 

所谓生成过滤网格步骤中的过滤网格与日常生活中的网类似，这张网决定了最终结果矢量阴影线的密度和分布。因此产生前要选择所述过滤网格的密度和编织形式，这种选择既可以由操作人员决定，也可以根据实际情况自动优化决定。所述过滤网格的密度选择原理为：如果过滤网格太稀，则结果的视觉效果欠佳；如果过滤网格太密，则导致矢量数据量过大，对今后的处理不利；因此，所述过滤网格的最大密度，应该与原始位图的行(列)数一致，则产生无损的矢量阴影线。 

所述生成过滤网格的步骤中，考虑到结果的视觉效果应该符合人的习惯，所述过滤网格以多条单一水平直线生成的过滤网格为最佳。这种编织形式只要产生一组与位图等宽的水平等距直线，直线间的距离根据网格密度决定，直线数量等于位图高度除以直线间距离。 

所述生成过滤网格的步骤中，所述过滤网格也可与日常生活中的网类似，由经线和纬线编织而成。考虑到位图的离散特性，所述过滤网格的经线和纬线的优选为水平直线和垂直直线；也可为左45度和右45度斜线。 

所述生成中间位图步骤中，所述满足亮度要求的判断，通过设定一亮度阀值来完成，该亮度阀值与所述原始位图的亮度和底色有关，该亮度阀值介于原始位图的主要前景平均亮度和主要背景平均亮度之间。由于很多矢量设备是单色的，导致了实际可用的颜色只有两种：黑，白。而足够亮的颜色是不用描绘的，直接用纸张的白色表达，因此亮度阀值的大小决定了哪些颜色用黑色代替，哪些颜色用白色代替。 

所述亮度阀值的选择可以由使用者自己决定，并通过计算机实时计算并显示结果，帮助使用者选择最佳阀值。 

所述生成中间位图步骤中，还包括将所述中间位图做二值化处理的步骤，即将中间位图处理成只有黑白两色的位图。 

一种把位图表达的图转为矢量阴影线表达的图的装置，包括存储单元，用于存储基于位图表达的原始位图；生成过滤网格单元，用于生成与原始位图一样大小的过滤网格；生成中间位图单元，用于将所述原始位图与所述过滤网格作并集运算，如果运算结果为真的像素满足亮度要求，则作为保留像素；拟合单元，用于在所述中间位图中搜索同色相邻点，并把它们拟合为一条矢量线；生成矢量阴影线图像单元，用于将所有的中间位图的像素都拟合，并根据原始位图的实际尺寸进行比例变换。 

所述基于位图表达的图像转化为基于矢量阴影线表达的图像的装置还包括图像颜色归一化处理单元，用于减少原始位图的颜色数并扩大连通区域。如果原始位图是一张纯净的位图或者只想得到单色阴影线，则这一单元可以省略。由于扫描图片时产生的各种噪声或者图片生成软件增加的特殊的渲染效果，使得从人的视觉感受角度来讲连通的区域(两点相邻且颜色相同称之为 连通)，位图的相应点集颜色数据不相同。这会导致最后得到的阴影线数据量大大增加。因为我们最终得到的阴影线只需要和原图神似，通过颜色归一化，以可接受的细节损失换取最终矢量数据的大大减少。颜色归一化首先使用常见的滤波方法去除噪声，如：中值滤波，均值滤波，小波滤波等。然后针对滤波后位图中存在的颜色值进行统计，根据统计结果和系统允许的色差阀值，选定若干种颜色，把位图中不是选定颜色的点，用最接近的选定色替换。 

所述基于位图表达的图像转化为基于矢量阴影线表达的图像的装置还包括清除底色单元，用于将那些底色为深色的位图进行清除底色处理，因为这样的位图不适合在使用白色纸张的矢量打印设备上输出。本单元可以采用如下流程：使用者选定一个区域，则系统可以判定与选定区域连通的区域均为底色，使用白色替代之。如果需要使用者可以多次进行这个步骤，直至底色被全部清除为止。 

所述生成过滤网格单元包括选择单元，用于帮助使用者选择网格的最佳编织方式和密度。 

所述生成中间位图单元包括亮度阀值选择单元，用于帮助使用者选择最佳阀值，先由使用者自己在原始位图的主要前景平均亮度和主要背景平均亮度之间，决定亮度阀值的选择，并通过计算机实时计算并显示结果，然后使用者根据显示结果继续选择直到满意结果。 

所述生成中间位图单元包括二值化处理单元，用于将所述中间位图处理成只有黑白两色的位图。这个单元的目的是，如果要得到的是单色阴影线，需要将中间位图做二值化处理。 

本发明的有益效果在于：算法稳定可靠，对于任意位图，都可以得到与原 始位图观感相似的矢量阴影线表达的图像。而矢量阴影线表达的图像非常适合在CAD系统中进行处理，而且不会给CAD系统带来额外的负担；同时还可以在任意支持矢量数据接口的设备上输出和打印。 

附图说明

图1为采用了本发明方法的实施例1的总的程序方框示意图； 

图2为图1中的颜色归一化和清除底色步骤的具体处理的程序方框示意图； 

图3为图1中的生成中间位图步骤的具体处理的程序方框示意图； 

图4为图1中的生成矢量阴影线步骤的具体处理的程序方框示意图； 

图5为图1中的生成与原始位图一样大小的过滤网格的示意图； 

图6为本发明实施例1的原始位图的图像； 

图7为图6经过颜色归一化处理后的图像； 

图8为图6经过如图5所示的过滤网格处理后的图像；所述过滤网格的密度值为2； 

图9为图6经过如图5所示的过滤网格处理后的图像；所述过滤网格的密度值为3； 

图10为本发明实施例2的原始位图的图像； 

图11为图10经过滤网格处理后的图像；所述过滤网格的密度值为3； 

图12为图10经过本发明的方法处理后最终得到的矢量阴影线图像。