4、高效稳健的历史地图图形识别技术

高效稳健的历史地图图形识别技术

1. 引言

地图蕴含着诸如历史地点位置、等高线、建筑轮廓和水文信息等宝贵的制图信息。从地图中提取这些信息，即创建能在地理信息系统（GIS）中处理的空间图层，可支持众多应用和研究领域。例如，历史地图已被广泛用于土地覆盖变化、生物地理学以及城市区域发展等研究。

如今，大量地图和地图系列以扫描光栅格式（数字地图图像）存于各类数字档案中。然而，以往从光栅地图提取制图信息的工作通常需要大量用户干预进行训练和参数调整，尤其是处理图形质量较差的历史地图时。因此，多数利用历史地图制图信息进行分析的研究依赖耗时的手动地图数字化，这不仅缺乏可重复性，还受限于可数字化地图的数量。

本文提出一种交互式图形识别技术，基于简单的用户训练流程，旨在减少处理光栅地图（特别是图形质量有限的光栅地图）所需的用户工作量。我们以一幅历史美国地质调查局（USGS）地形图的道路矢量化为例，展示该方法的应用。

2. 相关工作

提取光栅地图中的制图信息颇具挑战，原因包括扫描或图像压缩过程导致的图像质量不佳，以及存档纸质材料老化引起的假着色、模糊或褪色等问题。若地图中存在地理特征（如道路、等高线和标签）的重叠图层，且颜色不同或相似，会进一步增加光栅地图内容的复杂性。

彩色图像分割作为预处理步骤，用于分离单个地图颜色图层，但在处理历史地图的低质量图像时仍存在局限性。许多研究致力于从特定地图系列中提取地理特征，但这些方法通常对其他地图系列或类型的适用性有限，且需要专家知识进行参数调整。

3. 方法：历史 USGS 地形图的道路矢量化

我们的图形识别方法主要包括三个步骤：
1. 彩色图