工程图纸扫描输入及管理技术的研究

时雪岚

【摘要】文章提出了一个工程图纸扫描输入和图象文件管理的参考方案，分析了其特点，并对其中几个具体问题进行了较为详细的讨论。

【关键词】CAD；扫描输入；点阵图象；矢量图

【中图分类号】 TP319 【文献标识码】A

【文章编号】1674-1145（2008）02-0139-02

CAD/CAM技术的应用和发展从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式，当CAD技术应用到相当规模后，就迫切要求将过去存档的大量的手工绘制的图纸与用CAD系统生成的图形文件汇总在一起，形成计算机统一管理的数字化图库。因此，研究工程图纸的输入和管理具有重要的意义。从八十年代中期起很多发达国家开始从事这一工作，目前，采用较多的图纸计算机输入方法大致有两种。

交互输入法：用键盘、鼠标、数字化仪等设备和某一CAD系统重画一遍过去的兰图，这样可以使画面美观统一、尺寸比例准确。由于图形是以矢量形式存储在图形文件中，因此可以采用CAD系统进行编辑修改和更新设计，用笔式绘图机输出图形。但对于大量复杂的工程图纸输入过程相当繁琐，也相当耗费时间和精力，不利于设计人员创造性的发挥。

扫描转换法：用扫描仪对图纸直接进行扫描处理，转化为计算机易于处理的点阵图象，再对图象进行有关处理。经过压缩或解压后的图象数据仍以点阵形式存储或显示到屏幕上，用点阵式打印机输出图纸。这类系统的主要缺点是不能与CAD系统新画的图形兼容。为了使扫描输入生成的图象存储形式上与现已广泛存在各种CAD系统生成的矢量图形相一致，就要对扫描输入的点阵图象矢量化。对此各国作了大量的研究，到目前为止，学术界普遍认为这一CAD的瓶颈问题还没完全解决。本文在实践的基础上，对工程图纸图象存储的输入和管理方法的一些具体问题进行了探讨，具有投资少、功能齐全、操作简便的特点，适合中小企业用于工程图纸的输入、存储、输出和管理。

一、系统的基本配置及软件环境

硬件:高档微机一台，A4幅面平板灰度扫描仪一台(随机附有驱动和应用程序)，喷墨打印机一台;以上设备费用在1万元左右。软件:操作平台Windows2000，图象处理软件Photoshop5.0，数据库软件Foxpro for Windows。

二、工程图纸的输入

（一）扫描图形

扫描仪直接把工程图纸扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储。其工作原理是用光源照射兰图，投射光线经过一组光学镜头反射到电耦合器件CCD上，再经模/数转换器、图象数据暂存器，最终输入到计算机。直接扫描一幅工程图纸所得到的图象是具有不同灰度级的点阵图形，加上外部干扰，其中还有图象中的冗余信息，所以首先需要将这种多值图象转换为只有二个灰度级的二值图象，然后还要去除“噪声”。

（二）消兰

多值图象每个象素位置若用（x， y）表示，其灰度值的范围为0≤f（x， y）≤255。由于工程兰图上的图线和底色对比明显，这种图象的灰度在直方图上呈二峰一谷的特征，取谷底的灰度值作为阈值，可将上述多值图象转变为二值图象。HPScanjet3P扫描仪随机软件提供了确定阈值的功能，在预扫描后，通过HPPicturescan中的Options窗口，点取Drawing按钮，可自动进行阈值t的选择，并使得当f（x， y） t时，f（x， y）=1，灰度为黑;当f（x， y）

（三）拼接

目前市场上A0幅面扫描仪在数万到十几万元之间，而A4扫描仪只有几千元，合理利用A4扫描仪处理各种幅面的图纸，能达到与用A0幅面扫描仪扫描图纸的同样效果。为此，可先将原图划分为适用于A4扫描仪扫描的大小，按一定顺序编号，分别进行扫描存盘，然后分别调用Photoshop中的ImageCanvassize、Editcopy、Editpaste等命令，通过软件中扩大画布、拷贝、粘贴以及旋转、放缩、裁剪等功能，依次将两幅A4图象拼成一幅A3，两幅A3拼成一幅A2，两幅A2拼成一幅A1，逐级递增，直至完成全图。也可采用自动拼接算法，提高拼接效率。

（四）局部修改对于图纸上的污点

扫描仪噪声产生的孤立点和空心点等，可利用Photoshop工具框中的相关工具擦除或删去。此外，工具框还提供了添线、贴字、开窗等局部修改功能，以将输入的图象数据变得易于进行后续处理，使图象具有的信息容易观看。通过ImageImagesize命令还可检查或设置图象的尺寸和大小。

三、图象的存储与再现

从处理图象的角度出发，计算机是采用数字形式，用程序对图象进行各种处理。采用数字方式进行处理，其灵活性、精度调整、再现性好，易于保存，不会因时间过长而发生失真现象。但数据量大，同时要求图象数据采用标准格式，以使其具有互换性。

1.图象的数据格式采用Photoshop软件处理的图象文件要求采用TIFF格式。TIFF格式由Aldus和Microsoft公司联合开发，是目前流行的图象文件交换标准之一。TIFF格式由文件头、参数指针表与参数域、参数数据表和图象数据四部分组成，是一种通用图象文件格式，压缩前后的图象数据均用此格式存储。

2.压缩与解压缩记录图象所需的数据量是十分庞大的，这对于图象的存储、传送及处理都很不方便，为了减少存储量，节约传送、处理时间，必须对图象数据进行压缩处理。用Photoshop软件FileSaveas…命令下Tiffoptions对话框中提供了对图象数据进行压缩的功能选择项，选择该功能，软件自动对图象数据进行压缩，压缩比例依图幅大小和信息多少不等，一般可达1：10～1：20左右，并且这种压缩是可逆的，经压缩后的图象数据文件，TIFF格式下在Photoshop中打开文件后自动直接解压再现图象，解压后的图象清晰、失真度小。

四、图象数据库管理系统

工程图是工厂组织生产的主要技术依据，CAD系统必须建立严密、高效的工程图管理系统，为整个生产的组织和管理服务。图象数据库管理系统采用Foxpro for Windows，用于进行图象数据和其附属信息的登录、撤销、更新、检索及文档管理和操作。Windows平台上图象扫描处理的接口已经统一，这就是著名的TWAIN标准。Windows本身有自己的图象格式，即位图(Bitmap)图象文件格式，以其它文件格式存储的位图，被称为与设备无关的位图(Dib)，在应用程序接口API中，Windows提供了大量的有关Bitmap的操作函数，包括显示打印的统一接口，只要设计TIFF文件读入申请的内存，生成Bitmap位图，并转换成与设备无关的Dib，便可读入相应的设备环境(Device context)，完成图象的显示及打印。同时，Windows应用程序提供了统一的用户界面，和Foxpro for Windows开发的管理程序能较好地统一起来。

五、结语

本文提出了一个在图象矢量化技术达到实用之前充分利用现有软件进行工程图纸的扫描输入和图象存储管理的可行方案。采用的软件具有开放性好、功能强大、数据存储简便以及良好的兼容性和跨平台特性。系统既可用于单用户CAD系统，又可扩充到在多用户LAN环境下建立相当规模的CAD系统，并可将单用户的应用程序方便地移植到局域网LAN环境中，因此具有很强的适用性。