arcgis5第5课：栅格影像配准及地图数字化

GIS 空间分析-使用 ArcGIS2005-10.17(5) http://www.77cn.com.cn

影像配准及地图数字化3.2影像配准及地图数字化 3.2.1 地图矢量化 3.2.2 屏幕跟踪数字化过程 3.2.3影像配准 3.2.4要素矢量化

3.2.1 地图矢量化 数字化可分为手扶跟踪数字化和扫描数字化 对于栅格数据的获取，GIS 主要涉及使用扫 描仪等设备对图件的扫描数字化， 这部分的 功能也较简单。因为通过扫描获取的数据是 标准格式的图像文件，大多 可直接进入 GIS 的地理数据库。 从遥感影像上直接提取专题信息，需要使用 几何纠正、光谱纠正、影像增强、 图像变换、 结构信息提取、影像分类等技术，主要属于 遥感图像处理的内容。 因此，以下主要介绍 GIS 中矢量数据的采集。

手扶跟踪数字化 通过数字化仪获取是一种 最普通的传统方法

是单调而细致的 工作

数字化仪工作原理

y = 10

操作人员在数字 化仪上点击一点 或跟踪一条线段

x=5

坐标被存入到GIS数据库中

3.2.2 屏幕跟踪数字化过程 1. 配准影像 2. 新建要素类 3. 在ArcMap中加载已配准的影像和新建 的图层(要素类) 4. 在ArcMap中使用“编辑器”,分层提 取要素(对于二值化扫描地图，可使用 ArcScan模块进行半自动化的屏幕跟踪 数字化)

3.2.3影像配准 栅格数据通常是通过扫描纸质地图或采集航 空及卫星照片获得 。 通过扫描获取的影像不包含定义其地理空间 位置所需的信息。而航空及卫星照片所使用 的坐标系统是相对于通用GIS平台软件所使 用的坐标系统是独立的。 为了能够将这些影像数据与其它的数据集成， 以便进行分析， 就必须对其进行处理：用 户需要事先将这些数据校准(配准)到一个 指定的地图坐标系

扫描地图的误差来源GIS中数据的来源主要是对地图图纸 的数字化,扫描数字化过程中引起的 误差主要决定于 要素对象 软件处理技术 扫描仪

扫描要素对象 要素本身的宽度、复杂程度、粘连以 及图面的整洁和清晰程度都对扫描数字化 误差有一定的影响。例如,线条的粘连,结合 处易出现较大的误差;线条发虚,会得到多个 实体;图面不整洁引入了噪声,易引起软件误 判;线条不光滑,易出现毛刺等。

软件处理技术 在扫描数字化过程中,三个主要参数:分辨率、 门槛值(灰度值或对比度值)和滤波值的确定将对 扫描图的质量产生重大的影响;而图像处理、几何 校正和矢量化等后处理技术,其功能的强弱、模型 的优化将直接影响扫描数字化的精度。如采用合 适的校正模型(仿射变换、双线形变换、多项式变 换等)、定向点的自动对中、采样点的自动对中等, 将有效

的提高扫描数字化的精度。

扫描仪 在扫描过程中,由于使用CCD扫描仪,会 引入一些误差。主要包含有:扫描仪的分辨 率;光学误差;电信号传输过程中造成的辐射 误差;沿导轨扫描过程中,由于机械运动、速 度不均或其它原因所造成的直线性误差;线 阵方向与扫描方向不垂直所引起的CCD线 阵的直线性误差;外界因素影响产生的误差; 随机性误差等等。

所有以上这些扫描的误差引起的几何变形,可看 成平移、旋转、缩放、仿射、弯曲以及各种更 高变形的综合作用结果。在实际操作过程中, 很难对这些误差一一进行变形改正,只能综合 考虑它们的影响,综合校正。

输入到计算机中的图形，实际上都是通过 其位置坐标(x,y)来表示，因此校正过程实质 上是找一种数学关系(或函数关系),描述变 换前图形坐标(x,y)与变换后图形坐标(x′,y′) 之间的换算，其数学关系一般描述为 x’=f1(x,y) y’=f2(x,y)

多项式变换(Polynomial) 这个数学关系常表示为二元多项式一次、二次或 三次及更高次表达式.

其中A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次变 换方程，符合上式的变换称为高次变换。在进行 高次变换时，需要有6对以上控制点的坐标和理论 值，才能求出待定系数。

当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变 成二次变换方程，称为二次变换。二次变 换适用于原图有非线性变形的情况，至少 需要5对控制点的坐标及其理论值，才能求 出待定系数。

仿射变换(1次多项式) 仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式， 只考虑到x和y方向上的变形，仿射变换的 特性是：– 直线变换后仍为直线； – 平行线变换后仍为平行线； – 不同方向上的长度比发生变化。

对于仿射变换，只需知道不在同一直线上 的三对控制点的坐标及其理论值，就可求 得待定系数。但在实际使用时，往往利用4 个以上的点进行纠正，利用最小二乘法处 理，以提高变换的精度。

名词：Georeference 地理配准：是为了使 得影像数据可以和 GIS矢量数据集成在 一起，而为影像数据 指定一个参考坐标系 的过程。

将扫描地图配准到坐标系下

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