工程圖紙掃描輸入及管理技術(shù)的研究

時雪嵐

【摘要】文章提出了一個工程圖紙掃描輸入和圖象文件管理的參考方案，分析了其特點，并對其中幾個具體問題進行了較為詳細的討論。

【關(guān)鍵詞】CAD；掃描輸入；點陣圖象；矢量圖

【中圖分類號】 TP319 【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-1145（2008）02-0139-02

CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展從根本上改變了過去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖紙組織整個生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式，當CAD技術(shù)應(yīng)用到相當規(guī)模后，就迫切要求將過去存檔的大量的手工繪制的圖紙與用CAD系統(tǒng)生成的圖形文件匯總在一起，形成計算機統(tǒng)一管理的數(shù)字化圖庫。因此，研究工程圖紙的輸入和管理具有重要的意義。從八十年代中期起很多發(fā)達國家開始從事這一工作，目前，采用較多的圖紙計算機輸入方法大致有兩種。

交互輸入法：用鍵盤、鼠標、數(shù)字化儀等設(shè)備和某一CAD系統(tǒng)重畫一遍過去的蘭圖，這樣可以使畫面美觀統(tǒng)一、尺寸比例準確。由于圖形是以矢量形式存儲在圖形文件中，因此可以采用CAD系統(tǒng)進行編輯修改和更新設(shè)計，用筆式繪圖機輸出圖形。但對于大量復雜的工程圖紙輸入過程相當繁瑣，也相當耗費時間和精力，不利于設(shè)計人員創(chuàng)造性的發(fā)揮。

掃描轉(zhuǎn)換法：用掃描儀對圖紙直接進行掃描處理，轉(zhuǎn)化為計算機易于處理的點陣圖象，再對圖象進行有關(guān)處理。經(jīng)過壓縮或解壓后的圖象數(shù)據(jù)仍以點陣形式存儲或顯示到屏幕上，用點陣式打印機輸出圖紙。這類系統(tǒng)的主要缺點是不能與CAD系統(tǒng)新畫的圖形兼容。為了使掃描輸入生成的圖象存儲形式上與現(xiàn)已廣泛存在各種CAD系統(tǒng)生成的矢量圖形相一致，就要對掃描輸入的點陣圖象矢量化。對此各國作了大量的研究，到目前為止，學術(shù)界普遍認為這一CAD的瓶頸問題還沒完全解決。本文在實踐的基礎(chǔ)上，對工程圖紙圖象存儲的輸入和管理方法的一些具體問題進行了探討，具有投資少、功能齊全、操作簡便的特點，適合中小企業(yè)用于工程圖紙的輸入、存儲、輸出和管理。

一、系統(tǒng)的基本配置及軟件環(huán)境

硬件:高檔微機一臺，A4幅面平板灰度掃描儀一臺(隨機附有驅(qū)動和應(yīng)用程序)，噴墨打印機一臺;以上設(shè)備費用在1萬元左右。軟件:操作平臺Windows2000，圖象處理軟件Photoshop5.0，數(shù)據(jù)庫軟件Foxpro for Windows。

二、工程圖紙的輸入

（一）掃描圖形

掃描儀直接把工程圖紙掃描輸入到計算機中，以象素信息進行存儲。其工作原理是用光源照射蘭圖，投射光線經(jīng)過一組光學鏡頭反射到電耦合器件CCD上，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖象數(shù)據(jù)暫存器，最終輸入到計算機。直接掃描一幅工程圖紙所得到的圖象是具有不同灰度級的點陣圖形，加上外部干擾，其中還有圖象中的冗余信息，所以首先需要將這種多值圖象轉(zhuǎn)換為只有二個灰度級的二值圖象，然后還要去除“噪聲”。

（二）消蘭

多值圖象每個象素位置若用（x， y）表示，其灰度值的范圍為0≤f（x， y）≤255。由于工程蘭圖上的圖線和底色對比明顯，這種圖象的灰度在直方圖上呈二峰一谷的特征，取谷底的灰度值作為閾值，可將上述多值圖象轉(zhuǎn)變?yōu)槎祱D象。HPScanjet3P掃描儀隨機軟件提供了確定閾值的功能，在預掃描后，通過HPPicturescan中的Options窗口，點取Drawing按鈕，可自動進行閾值t的選擇，并使得當f（x， y） t時，f（x， y）=1，灰度為黑;當f（x， y）

（三）拼接

目前市場上A0幅面掃描儀在數(shù)萬到十幾萬元之間，而A4掃描儀只有幾千元，合理利用A4掃描儀處理各種幅面的圖紙，能達到與用A0幅面掃描儀掃描圖紙的同樣效果。為此，可先將原圖劃分為適用于A4掃描儀掃描的大小，按一定順序編號，分別進行掃描存盤，然后分別調(diào)用Photoshop中的ImageCanvassize、Editcopy、Editpaste等命令，通過軟件中擴大畫布、拷貝、粘貼以及旋轉(zhuǎn)、放縮、裁剪等功能，依次將兩幅A4圖象拼成一幅A3，兩幅A3拼成一幅A2，兩幅A2拼成一幅A1，逐級遞增，直至完成全圖。也可采用自動拼接算法，提高拼接效率。

（四）局部修改對于圖紙上的污點

掃描儀噪聲產(chǎn)生的孤立點和空心點等，可利用Photoshop工具框中的相關(guān)工具擦除或刪去。此外，工具框還提供了添線、貼字、開窗等局部修改功能，以將輸入的圖象數(shù)據(jù)變得易于進行后續(xù)處理，使圖象具有的信息容易觀看。通過ImageImagesize命令還可檢查或設(shè)置圖象的尺寸和大小。

三、圖象的存儲與再現(xiàn)

從處理圖象的角度出發(fā)，計算機是采用數(shù)字形式，用程序?qū)D象進行各種處理。采用數(shù)字方式進行處理，其靈活性、精度調(diào)整、再現(xiàn)性好，易于保存，不會因時間過長而發(fā)生失真現(xiàn)象。但數(shù)據(jù)量大，同時要求圖象數(shù)據(jù)采用標準格式，以使其具有互換性。

1.圖象的數(shù)據(jù)格式采用Photoshop軟件處理的圖象文件要求采用TIFF格式。TIFF格式由Aldus和Microsoft公司聯(lián)合開發(fā)，是目前流行的圖象文件交換標準之一。TIFF格式由文件頭、參數(shù)指針表與參數(shù)域、參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖象數(shù)據(jù)四部分組成，是一種通用圖象文件格式，壓縮前后的圖象數(shù)據(jù)均用此格式存儲。

2.壓縮與解壓縮記錄圖象所需的數(shù)據(jù)量是十分龐大的，這對于圖象的存儲、傳送及處理都很不方便，為了減少存儲量，節(jié)約傳送、處理時間，必須對圖象數(shù)據(jù)進行壓縮處理。用Photoshop軟件FileSaveas…命令下Tiffoptions對話框中提供了對圖象數(shù)據(jù)進行壓縮的功能選擇項，選擇該功能，軟件自動對圖象數(shù)據(jù)進行壓縮，壓縮比例依圖幅大小和信息多少不等，一般可達1：10～1：20左右，并且這種壓縮是可逆的，經(jīng)壓縮后的圖象數(shù)據(jù)文件，TIFF格式下在Photoshop中打開文件后自動直接解壓再現(xiàn)圖象，解壓后的圖象清晰、失真度小。

四、圖象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

工程圖是工廠組織生產(chǎn)的主要技術(shù)依據(jù)，CAD系統(tǒng)必須建立嚴密、高效的工程圖管理系統(tǒng)，為整個生產(chǎn)的組織和管理服務(wù)。圖象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Foxpro for Windows，用于進行圖象數(shù)據(jù)和其附屬信息的登錄、撤銷、更新、檢索及文檔管理和操作。Windows平臺上圖象掃描處理的接口已經(jīng)統(tǒng)一，這就是著名的TWAIN標準。Windows本身有自己的圖象格式，即位圖(Bitmap)圖象文件格式，以其它文件格式存儲的位圖，被稱為與設(shè)備無關(guān)的位圖(Dib)，在應(yīng)用程序接口API中，Windows提供了大量的有關(guān)Bitmap的操作函數(shù)，包括顯示打印的統(tǒng)一接口，只要設(shè)計TIFF文件讀入申請的內(nèi)存，生成Bitmap位圖，并轉(zhuǎn)換成與設(shè)備無關(guān)的Dib，便可讀入相應(yīng)的設(shè)備環(huán)境(Device context)，完成圖象的顯示及打印。同時，Windows應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的用戶界面，和Foxpro for Windows開發(fā)的管理程序能較好地統(tǒng)一起來。

五、結(jié)語

本文提出了一個在圖象矢量化技術(shù)達到實用之前充分利用現(xiàn)有軟件進行工程圖紙的掃描輸入和圖象存儲管理的可行方案。采用的軟件具有開放性好、功能強大、數(shù)據(jù)存儲簡便以及良好的兼容性和跨平臺特性。系統(tǒng)既可用于單用戶CAD系統(tǒng)，又可擴充到在多用戶LAN環(huán)境下建立相當規(guī)模的CAD系統(tǒng)，并可將單用戶的應(yīng)用程序方便地移植到局域網(wǎng)LAN環(huán)境中，因此具有很強的適用性。