工程圖紙掃描輸入及管理技術的研究

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技術的應用和發展從根本上改變了過去的手工繪圖、發圖、憑圖紙組織整個生產過程的技術管理方式，當CAD技術應用到相當規模后，就迫切要求將過去存檔的大量的手工繪制的圖紙與用CAD系統生成的圖形文件匯總在一起，形成計算機統一管理的數字化圖庫。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、數字化儀等設備和某一CAD系統重畫一遍過去的蘭圖，這樣可以使畫面美觀統一、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系統進行編輯修改和更新設計，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，不利于設計人員創造性的發揮。

掃描轉換法：用掃描儀對圖紙直接進行掃描處理，轉化為計算機易于處理的點陣圖象，再對圖象進行有關處理。經過壓縮或解壓后的圖象數據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。這類系統的主要缺點是不能與CAD系統新畫的圖形兼容。為了使掃描輸入生成的圖象存儲形式上與現已廣泛存在各種CAD系統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，適合中小企業用于工程圖紙的輸入、存儲、輸出和管理。

一、系統的基本配置及軟件環境

硬件:高檔微機一臺，A4幅面平板灰度掃描儀一臺(隨機附有驅動和應用程序)，噴墨打印機一臺;以上設備費用在1萬元左右。軟件:操作平臺Windows2000，圖象處理軟件Photoshop5.0，數據庫軟件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，投射光線經過一組光學鏡頭反射到電耦合器件CCD上，再經模/數轉換器、圖象數據暫存器，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變為二值圖象。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、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

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

三、圖象的存儲與再現

從處理圖象的角度出發，計算機是采用數字形式，用程序對圖象進行各種處理。采用數字方式進行處理，其靈活性、精度調整、再現性好，易于保存，不會因時間過長而發生失真現象。但數據量大，同時要求圖象數據采用標準格式，以使其具有互換性。

1.圖象的數據格式采用Photoshop軟件處理的圖象文件要求采用TIFF格式。TIFF格式由Aldus和Microsoft公司聯合開發，是目前流行的圖象文件交換標準之一。TIFF格式由文件頭、參數指針表與參數域、參數數據表和圖象數據四部分組成，是一種通用圖象文件格式，壓縮前后的圖象數據均用此格式存儲。

2.壓縮與解壓縮記錄圖象所需的數據量是十分龐大的，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，節約傳送、處理時間，必須對圖象數據進行壓縮處理。用Photoshop軟件FileSaveas…命令下Tiffoptions對話框中提供了對圖象數據進行壓縮的功能選擇項，選擇該功能，軟件自動對圖象數據進行壓縮，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，經壓縮后的圖象數據文件，TIFF格式下在Photoshop中打開文件后自動直接解壓再現圖象，解壓后的圖象清晰、失真度小。

四、圖象數據庫管理系統

工程圖是工廠組織生產的主要技術依據，CAD系統必須建立嚴密、高效的工程圖管理系統，為整個生產的組織和管理服務。圖象數據庫管理系統采用Foxpro for Windows，用于進行圖象數據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統一，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，被稱為與設備無關的位圖(Dib)，在應用程序接口API中，Windows提供了大量的有關Bitmap的操作函數，包括顯示打印的統一接口，只要設計TIFF文件讀入申請的內存，生成Bitmap位圖，并轉換成與設備無關的Dib，便可讀入相應的設備環境(Device context)，完成圖象的顯示及打印。同時，Windows應用程序提供了統一的用戶界面，和Foxpro for Windows開發的管理程序能較好地統一起來。

五、結語

本文提出了一個在圖象矢量化技術達到實用之前充分利用現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、數據存儲簡便以及良好的兼容性和跨平臺特性。系統既可用于單用戶CAD系統，又可擴充到在多用戶LAN環境下建立相當規模的CAD系統，并可將單用戶的應用程序方便地移植到局域網LAN環境中，因此具有很強的適用性。