本发明涉及地理信息系统（geographic information system，gis）、计算机辅助地图制图（computer-aided cartography，cac）、计算机图形学（computer graphics，cg）领域，尤其涉及一种地形图风格自动迁移的方法与系统。
背景技术：
1、地形可视化不仅需要表现地形地貌的形态特征，还需要表达出制图者对地方的感受。但是，制作既反映地形内容科学性又具有艺术表现力的地形可视化作品对于专家和非专家来说都极具有挑战性。几个世纪以来，制图者不断创新，设计出多种方法来表达地形，如剖面线、等高线、地貌晕渲、分层设色等。其中，分层设色对于做出有效、生动的地形可视化至关重要。分层设色通过建立颜色与高程的对应关系，可以区分高程带，并利用色彩的前进/后退感产生立体效果；还可以与等高线、地貌晕渲等结合，增强地形的三维感。
2、为了实现富有表现力的地形可视化效果，应考虑地形和观察者的多样性。当前，地形可视化已经不再仅限于专业的地图集，开始为公众所青睐，用以叙述一种独特的环境体验，例如，制作一个精彩的峡谷公路旅行的故事地图，不仅需要表达出当地海拔和地形特征（如坡度和坡向），而且需要表达出身处其境的情感与审美体验。此外，完全从零开始设计富有表现力的地形分级设色十分困难，常用的方法是找到合适的灵感源，比如大师的画作或令人印象深刻的照片。在计算机图形学领域，研究人员对从图像到图像的颜色迁移已经做了大量的工作，比如基于神经网络的颜色迁移方法。同时，颜色迁移也引起了许多制图者们的注意。已有方法提出了一种将颜色从图像迁移到地图上的自适应方法，但是该方法是面向普通矢量地图的，从图像到地形可视化的颜色迁移方法尚未实现。
3、为解决上述问题，需要一种新的计算方法，能够自动的将颜色从任意的图像迁移到地形可视化上。名称为“一种矢量地图风格自动迁移的方法”，申请号为cn202211127356.2，公开号为cn115439366a的中国专利，提出了公开了一种矢量地图风格自动迁移的方法，该方法量化地图颜色的信息传输和美学质量，然后将它们转化成双目标优化问题，利用帕累托前沿进行采样生成一系列高质量的配色方案，以自适应地将颜色从任意图像迁移到矢量地图。该发明能够实现从任意图像到矢量地图的颜色迁移，并且对于不同比例尺、主题和区域也具有更好的适应性；针对新手和专家的需求，提供四种模式来将风格从图像转移到地图上。名称为“一种专题地图风格自动迁移的方法”，申请号为cn202211127200.4，公开号为cn115564667a的中国专利，公开了一种专题地图风格自动迁移的方法，包括如下步骤：利用图像熵进行图像空间特征评估，完成图像分类并生成图像色域，将该色域作为专题地图设色方案的来源；依据衡量专题地图科学性相关的主要规则，建立专题地图科学性的度量模型，将专题地图的科学性得分作为第一优化目标；依据衡量专题地图艺术性相关的主要规则，包括地图颜色情感表达、颜色偏好和颜色调和，构建反映专题地图艺术美的度量模型，将专题地图艺术美的得分作为第二优化目标；将专题地图风格自动迁移组织为双目标优化问题，采用启发式算法搜索解集，从而得到一系列专题地图风格迁移结果。该发明能够实现对不同类型专题地图配色方案的快速生成。名称为“一种矢量地图风格自动迁移的方法”的专利虽然提出了类似地图点线面的参考图像颜色组织方式，但是此方法并没有考虑地形图的颜色组织特点，比如分级和拉伸，并不能生成地形图分级设色的配色方案。名称为“一种专题地图风格自动迁移的方法”的专利虽然可以适应不同的地图专题，但是此方法没有考虑地形图的制图规则，并不适用于地形图风格迁移。
技术实现思路
1、发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种地形图风格自动迁移的方法，实现从图像到地形可视化的颜色迁移，且支持连续和分级色带的风格迁移，并且对于不同比例尺、主题和区域也具有很好的适应性。
2、本发明的另一目的是提供一种地形图风格自动迁移系统、计算机设备和计算机可读存储介质。
3、技术方案：根据本发明的第一方面，一种地形图风格自动迁移的方法，包括以下步骤：
4、对于一幅给定的参考图，使用k均值聚类算法提取出w个显著颜色，根据自组织映射神经网络som算法将提取的颜色组织成一个分层的颜色网格；
5、使用层次聚类算法来分割主色识别的颜色网格，获得颜色网格的主色，一幅图像的颜色分布被量化为n种主色；
6、构建量化表达的地形图制图规则，包括高程连续性、大气透视、习惯用色规则，其中高程连续性规则通过亮度和饱和度的拟合度来衡量分层设色配色的连续变化性，大气透视规则根据颜色对比度随距离的增加而下降被定义为色差的单调性，习惯用色规则被量化为与指定高程带标准颜色的偏移程度，根据三项规则的得分乘积确定地形关注点的得分模型 fs( c)；
7、根据分层设色配色与图像主色的一致性，同时考虑颜色的占比，获得图像与地形可视化之间的颜色相似度，根据颜色相似度与颜色调和度确定美感关注点的得分模型 f a(c)；
8、根据地形关注点的得分模型 fs( c)、美感关注点的得分模型 f a(c)，将颜色迁移问题定义为一个双目标的优化问题，该问题目标是使 f s(c)和 f a(c)都最大化，并采用启发式搜索方法来求解问题，根据求解结果对输入地图进行颜色替换，获得最终的地貌晕渲地图。
9、进一步地，根据自组织映射神经网络som算法将提取的颜色组织成一个分层的颜色网格包括：
10、som算法先初始化一个具有w×w个节点的颜色网格，w×w=w，然后依次遍历图像的显著颜色，根据节点在cielab颜色空间中与显著颜色的色距，不断迭代调整节点权重，采用赢家通吃的策略来更新权重，即一个节点的权重被分配给最接近输入颜色的颜色值，得到一个规则化的w×w的颜色网格，其中每个网格单元的所有颜色节点权重都来自显著颜色。
11、进一步地，使用层次聚类算法来分割主色识别的颜色网格，获得颜色网格的主色包括：
12、采用jncd颜色距离基于给定jncd阈值进行自下而上的层次聚类，所需颜色类别的数量根据地形图所需颜色的色相类别确定，如果根据层次聚类的簇集个数多于所需颜色类别的数量达到指定幅度，则使用2倍的jncd阈值对区域进行再次聚类，通过不断增加的聚类阈值继续进行聚类，直到获得目标数量的主色。
13、进一步地，高程连续性规则中，分层设色配色的连续变化性定义为：
14、，
15、其中， f g (c)表示分层设色配色c的连续变化性， c= (c1, c2, ..., c n)，c i 是第 i个高程带的颜色， n是c中的颜色数量，是k度多项式的拟合度，是多项式拟合的系数， f l( t)是亮度变化的校正函数， t是校正系数，所有的颜色计算都在cielab颜色空间下进行的， l是cielab色空间下的亮度分量，是 c的cielab色空间下的色浓度， k是1、2或3，分别代表单色、双色和多色，当 t=1时， f l (t)代表“高程越高，颜色越暗”的原则，反之，当 t=-1时为“高程越高，颜色越亮”原则。
16、进一步地，大气透视规则中，色差的单调性定义为：
17、，
18、其中 f ap (c)表示色差的单调性，是cielab空间中两种颜色之间的欧式距离， c= (c1, c2, ..., c n)，c i 是第 i个高程带的颜色， n是c中的颜色数量。
19、进一步地，习惯用色规则中，偏移程度定义为：
20、，
21、所有分层设色 c的遵循习惯用色的得分表示为：
22、，
23、其中， c= (c1, c2, ..., c n)，c i 是第 i个高程带的颜色，是第 i个高程带的习惯颜色，γ是遵循习惯用色原则的颜色距离阈值，是cielab空间中两种颜色之间的欧式距离。
24、进一步地，图像与地形可视化之间的颜色相似度定义为：
25、，
26、其中是参考图中第 i种主色的比例，是第 i种主色在分层设色配色中的加权比例； j是参考图中属于第 i种主色的第 j种颜色，是其比例； α是颜色距离阈值，是参考图上的第 i种主色，是结果地形图上属于第 i种主色的第 j个颜色；
27、美感关注点的得分模型 f a(c)的计算公式如下：
28、，
29、为对分层设色的颜色调和度的评分。
30、根据本发明的第二方面，一种地形图风格自动迁移系统，包括：
31、颜色网格构建模块，对于一幅给定的参考图，使用k均值聚类算法提取出w个显著颜色，根据自组织映射神经网络som算法将提取的颜色组织成一个分层的颜色网格；
32、主色识别模块，使用层次聚类算法来分割主色识别的颜色网格，获得颜色网格的主色，一幅图像的颜色分布被量化为n种主色；
33、地图质量模型构建模块，构建量化表达的地形图制图规则，包括高程连续性、大气透视、习惯用色规则，其中高程连续性规则通过亮度和饱和度的拟合度来衡量分层设色配色的连续变化性，大气透视规则根据颜色对比度随距离的增加而下降被定义为色差的单调性，习惯用色规则被量化为与指定高程带标准颜色的偏移程度，根据三项规则的得分乘积确定地形关注点的得分模型 fs( c)；
34、地图美学模型构建模块，根据分层设色配色与图像主色的一致性，同时考虑颜色的占比，获得图像与地形可视化之间的颜色相似度，根据颜色相似度与颜色调和度确定美感关注点的得分模型 f a(c)；
35、迁移问题建立和求解模块，根据地形关注点的得分模型 fs( c)、美感关注点的得分模型 f a(c)，将颜色迁移问题定义为一个双目标的优化问题，并采用启发式搜索方法来求解问题，根据求解结果对输入地图进行颜色替换，获得最终的地貌晕渲地图。
36、根据本发明的第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的地形图风格自动迁移的方法的步骤。
37、根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的地形图风格自动迁移的方法的步骤。
38、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：针对地形连续的特点，提取参考图的显著颜色，并将离散、不规则的图像颜色组织成一个连续规则的颜色网格，可以支持局部或全局颜色搜索、类别色阶的选择和顺序色阶插值，方法可以支持连续和分级色带的风格迁移，并且对于不同比例尺、主题和区域也具有很好的适应性。其次，考虑地形图的制图规则，比如大气透视、高程连续性等，将规则内化在迁移问题建模中，确保生成的结果地形图的质量，并结合美学考虑确保迁移前后具有较强的视觉相似性。本发明为地形图制图提供了一种便携和灵活的风格迁移方法。
1.一种地形图风格自动迁移的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据自组织映射神经网络som算法将提取的颜色组织成一个分层的颜色网格包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用层次聚类算法来分割主色识别的颜色网格，获得颜色网格的主色包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高程连续性规则中，分层设色配色的连续变化性定义为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，大气透视规则中，色差的单调性定义为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，习惯用色规则中，偏移程度定义为：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，图像与地形可视化之间的颜色相似度定义为：
8.一种地形图风格自动迁移系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的地形图风格自动迁移的方法的步骤。
