当前位置： >> 栅格图像配准 栅格图像配准教学目的： 教学目的：了解图像的定位特征， 了解图像的定位特征，掌握并理解图像的配准教学要求： 教学要求：了解图像的定位特征；理解图像配准的概念； 了解图像的定位特征；理解图像配准的概念； 理解栅格图像地理坐标编码的概念； 理解栅格图像地理坐标编码的概念； 掌握图像配准和地理坐标编码的方法
教学内容： 教学内容：栅格图像的定位特征； 栅格图像的定位特征； 栅格图像的配准与地理坐标编码； 栅格图像的配准与地理坐标编码； 图像配准的一般方法 重点： 配准的概念； 重点： 配准的概念；地理坐标编码的概念 难点： 难点：图像配准的方法一、栅格图像的定位特征在栅格表达中，每一个位置点都表现为一个单元 在栅格表达中，每一个位置点都表现为一个单元(cell 或pixel)，依行列构成的单元矩阵叫栅格 ，依行列构成的单元矩阵叫栅格(grid)，每个单 ， 元都以一定数值表示了诸如土地利用类型、 元都以一定数值表示了诸如土地利用类型、环境变化等地 理现象。 理现象。 在栅格数据中，单元的位置或定位， 在栅格数据中，单元的位置或定位，是用列号行号 (col,row)来反映，反映其相对于第 个单元的相对位置。 来反映， 个单元的相对位置。 来反映 反映其相对于第1个单元的相对位置 要想反映(col,row)单元中心点在某个坐标系中的位置 要想反映 单元中心点在某个坐标系中的位置 坐标(x,y)，必须提供其第一个单元起点在该坐标系中的坐 坐标 ， 标(x0,y0)、单元的尺寸 、单元的尺寸(Width, Height)。 。 x = x0 + ( col – 1 ) * Width + Width / 2 y = y0 + ( row – 1 ) * Height + Height / 2 逆运算则求坐标(x,y)在栅格体系下对应的单元 在栅格体系下对应的单元(col,row) 逆运算则求坐标 在栅格体系下对应的单元 栅格单元行列划分方向与坐标轴方向不一致，有夹角时， 栅格单元行列划分方向与坐标轴方向不一致，有夹角时， 通过坐标轴旋转变换，可使之一致。 通过坐标轴旋转变换，可使之一致。(有关坐标平移和坐标轴旋转，在空间数据处理中有详细论述) 有关坐标平移和坐标轴旋转，在空间数据处理中有详细论述)----几何精校正 二、栅格图像的配准----几何精校正即由变形空间(原空间)转换为标准空间(新空间，通常 即由变形空间(原空间)转换为标准空间(新空间， 是地形图空间) 是地形图空间)步骤： 步骤： 1、选取控制点 2、拟合对应关系 3、按对应关系转换原图像至标准空间----对应点 对应点， 1、选取控制点----对应点，在两个空间均有明显特 征，易于选取，并且能够准确定位。遥感图像精校正中称 易于选取，并且能够准确定位。 为地面控制点(ground control point,GCP)。 为地面控制点 。未校正图像(左图 未校正图像 左图) 左图 行列定位 按地形图校正的图像 (下图 可按坐标值定位 下图)可按坐标值定位 下图校正后， 校正后， 图像方向改变 像元大小改变 起始行列改变2、拟合对应关系根据选取的控制点(对应点)的坐标(行列坐标与地理 根据选取的控制点(对应点)的坐标( 坐标) 建立变形空间 原空间) 标准空间(新空间) 变形空间( 坐标)值，建立变形空间(原空间)与标准空间(新空间)之 间的转换关系 可以是整体转换， 可以是整体转换，也可以是分块转换 最简单常见的对应关系是二元多项式： 最简单常见的对应关系是二元多项式： ①建立两图像像元点之间的对应关系，记作： 建立两图像像元点之间的对应关系，记作：表示为二元n次多项式： 通常数学关系 表示为二元n次多项式：实际计算时常采用二元二次多项式，其展开式为： 实际计算时常采用二元二次多项式，其展开式为：为了通过(u,v)找到对应的 找到对应的(x,y)，首先必须计算出上式中的 个 为了通过 找到对应的 ，首先必须计算出上式中的12个 个系数必须至少列出12个方程 系数。由线性理论知， 个系数必须至少列出 个方程， 系数。由线性理论知，求12个系数必须至少列出 个方程，即找到 6个已知的对应点，也就是这 个点对应的 个已知的对应点， 个点对应的(u,v)和(x,y)均为已知。 均为已知。 个已知的对应点 也就是这6个点对应的 和 均为已知 故称这些已知坐标的对应点为控制点。然后通过这些控制点， 故称这些已知坐标的对应点为控制点。然后通过这些控制点，解方 程组，求出6个 和 个 系数值 系数值。 程组，求出 个a和6个b系数值。 实际工作中发现， 实际工作中发现，6个控制点只是解线性方程所需的理论最低 这样少的控制点使校正后的图像效果很差， 数，这样少的控制点使校正后的图像效果很差，因此还需要大大增 加控制点的数目，以提高校正的精度。控制点增加后，计算方法也 加控制点的数目，以提高校正的精度。控制点增加后， 有所改变，需采用最小二乘法， 有所改变，需采用最小二乘法，通过对控制点数据进行曲面拟合来 求系数。仍以二元二次多项式为例，上面的方程组变为： 求系数。仍以二元二次多项式为例，上面的方程组变为：这里Σ代表求和，l为控制点的个数，将上式以矩阵形式记为： 这里Σ代表求和， 为控制点的个数，将上式以矩阵形式记为： AU1 = B1 这里 同样，可以列出以y为主的矩阵形式: 同样，可以列出以y为主的矩阵形式: AU2 = B2解方程组 AU1 = B1 和 AU2 = B2 ，可以得到U1 和U2 ，于是得出 可以得到U 二元二次多项式的12个系数。 12个系数 二元二次多项式的12个系数。 系数确定后，利用式 系数确定后，便可以根据每一个像元点的行列值(u,v)， 便可以根据每一个像元点的行列值(u,v)，求出所对应的原图像对 (u,v) 应的(x,y)位置。 (x,y)位置 应的(x,y)位置。二元n次多项式拟合时，控制点最少数目Num为 二元n次多项式拟合时，控制点最少数目Num为： Num Num &= (n+1)*(n+2)/2精度评估通过计算均方根误差(root-mean-square error, RMSerror)， 通过计算均方根误差 ， 对两个空间之间的位置对应关系拟合函数进行评估。 对两个空间之间的位置对应关系拟合函数进行评估。一般要求 RMS &= 1 Pixel其它对 应关系如有限元、 如有限元、 分片光滑 曲面等。 曲面等。②确定校正后图像上每点的亮度值，求出其原图所对应点(x,y)的亮度。 通常有三种方法： 最近邻法，双向线性内插法 (x,y)的亮度。 通常有三种方法： 最近邻法， 的亮度 和三次卷积内插法。 和三次卷积内插法。双线性插值(Bi-Linenr Interpolation) 双线性插值左图为TIN中的三角形插值，右图为GRID中的矩形插值 中的三角形插值，右图为 左图为 中的三角形插值 中的矩形插值 均依照线性变化的关系， 中先计算三角形中的D、 点的值 点的值V 均依照线性变化的关系，TIN中先计算三角形中的 、E点的值 d和 中先计算三角形中的 Ve，再由 d和Ve计算 GRID中先计算矩形形中的 、F点的值 e 再由V 计算V 中先计算矩形形中的E、 点的值 点的值V 中先计算矩形形中的 再由V 计算V 和Vf，再由 e和Vf计算 p Ve = Vb * a_e + Va * (1 - a_e) 其中 a_e = AE / AB Vf = Vd * c_f + Vc * (1 - c_f) 其中 c_f = CF / CD V = Vf * e_p + Ve * (1-e_p) 其中 e_p = EP / EF 针对GRID，除双线性插值外，常用的插值方法还有最近邻 针对 ，除双线性插值外，常用的插值方法还有最近邻 (Nearest Neighbourhood)插值和双立方卷积 插值和 插值 双立方卷积(Bi-Cubic Convolusion)插值 插值双线性内插仅考虑待采样点周围4个单元的对插值的影响。 双线性内插仅考虑待采样点周围 个单元的对插值的影响。而实际 个单元的对插值的影响 上周围其它单元对待插点的数值都有一定的贡献(影响 影响)， 上周围其它单元对待插点的数值都有一定的贡献 影响 ，只是随着 距离的增大而贡献减小。这种情况一般用辛克函数表示。 距离的增大而贡献减小。这种情况一般用辛克函数表示。 1 - 2x2 + |x3| sinc(x) ? 4 - 8|x| + 5x2 - |x3| 0 |x|&1 1&=|x|&2 |x|&=2常采用三次卷积法近似辛克函数进行处理。 待插值点的数值由其 常采用三次卷积法近似辛克函数进行处理。 周围16个单元的数值通过加权求出 其算法基本结构： 个单元的数值通过加权求出。 周围 个单元的数值通过加权求出。 其算法基本结构：I11 Z = WX * I21 I31 I41I12 I22 I32 I42I13 I23 I33 I43I14 I24 * WY I34 I44WX 和WY为两个方向的权系数3、按对应关系转换原图像至标准空间----由原图像行列直接 ●转换可以采用直接法----由原图像行列直接 计算其对应在新空间中的位置并赋值。 计算其对应在新空间中的位置并赋值。---依标准空间中的像元中心 ●也可采用间接法---依标准空间中的像元中心 位置为准，计算对应于原图像空间中的位置， 位置为准，计算对应于原图像空间中的位置，再 以该位置在原图像中重采样亮度数值， 以该位置在原图像中重采样亮度数值，作为标准 空间中的像元亮度值。 空间中的像元亮度值。①找到一种数学关系，建立变换前图像坐标(x,y)与变换后图像坐 找到一种数学关系，建立变换前图像坐标(x,y)与变换后图像坐 (x,y) (u,v)的关系 通过每一个变换后图像像元的中心位置(u 的关系， (u代表行 标(u,v)的关系，通过每一个变换后图像像元的中心位置(u代表行 代表列数，均为整数)计算出变换前对应的图像坐标点(x,y) (x,y)。 数，v代表列数，均为整数)计算出变换前对应的图像坐标点(x,y)。 分析得知，整数(u,v) (u,v)的像元点在原图像坐标系中一般不在整数 分析得知，整数(u,v)的像元点在原图像坐标系中一般不在整数 (x,y)点上，即不在原图像像元的中心。 (x,y)点上，即不在原图像像元的中心。 点上 计算校正后图像中的每一点所对应原图中的位置(x,y)。 计算校正后图像中的每一点所对应原图中的位置(x,y)。计算 (x,y) 时按行逐点计算，每行结束后进人下一行计算，直到全图结束。 时按行逐点计算，每行结束后进人下一行计算，直到全图结束。 ②计算每一点的亮度值。由于计算后的(x,y)多数不在原图的像元 计算每一点的亮度值。由于计算后的(x,y)多数不在原图的像元 (x,y) 中心处，因此必须重新计算新位置的亮度值。一般来说，新点的亮 中心处，因此必须重新计算新位置的亮度值。一般来说， 度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。 度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。 三、栅格图像的地理坐标编码或地理坐标)之 建立栅格图像像元行列坐标与大地坐标 (或地理坐标 之 或地理坐标 间的对应关系，使栅格图像包含有效的大地坐标(或地理 间的对应关系，使栅格图像包含有效的大地坐标 或地理 坐标)信息 编码后的栅格图像， 信息。 坐标 信息。编码后的栅格图像，每个像元都具有实际的 大地坐标数值。 大地坐标数值。 栅格图像所反映的对象，是以空间单元来组织和表述的， 栅格图像所反映的对象，是以空间单元来组织和表述的， 不直接包含地理坐标，仅有单元(像元 的行列序号。 像元)的行列序号 不直接包含地理坐标，仅有单元 像元 的行列序号。要反 映地理位置，与其它数据源进行地图匹配， 映地理位置，与其它数据源进行地图匹配，就必须给图像 加上地理坐标信息---进行地理坐标编码 进行地理坐标编码： 加上地理坐标信息 进行地理坐标编码：即建立图像像元 行列值(col,row)与地理坐标 与地理坐标(X,Y)之间的一一对应关系。 之间的一一对应关系。 行列值 与地理坐标 之间的一一对应关系 栅格图像一旦具有地理坐标的编码信息， 栅格图像一旦具有地理坐标的编码信息，其任何一个像 元的地理坐标都可依据(col,row) (X,Y)这个对应关系 元的地理坐标都可依据 这个对应关系 准确求得；同样，对一个给定的地理坐标， 准确求得；同样，对一个给定的地理坐标，亦可计算出与 其对应的图像像元。 其对应的图像像元。(col,row)----(X,Y)一一对应地理坐标编码的意义： 地理坐标编码的意义： ①使栅格图像真正成为数字化的地学资料； 栅格图像真正成为数字化的地学资料； 图像真正成为数字化的地学资料 ②使栅格型的资料能熔入 栅格型的资料能熔入GIS中发挥应有的作用 资料能熔入 中发挥应有的作用 地理坐标编码的实现： 地理坐标编码的实现： ①根据选择的控制点，拟合像元行列值与大地坐 根据选择的控制点，拟合像元行列值与大地坐 或经纬度)之间的 标(或经纬度 之间的对应关系并记录之 或经纬度 之间的对应关系并记录之 ②将栅格图像校正（配准）到地形图空间，并将 将栅格图像校正（配准）到地形图空间， 新图像像元行列与大地坐标间的对应关系记录之 新图像像元行列与大地坐标间的对应关系记录之 在 arcview 中进行配准: 软件准备:arcview,必须***了 image wape 扩展模块 数据准备:栅格图像,必须有坐标(大地坐标或经纬座标) 步骤: 1、找到栅格图像上的坐标...MAPGIS栅格图配准流程_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。MAPGIS 栅格图 配准 ...3、光栅文件校正 1)文件→打开影像→选定以上生成的 msi 影像文件→打开,则 ...文件类型选中“栅格图 像” (2)栅格图像配准 点击“配准” ,进行配准图像,使该图像具有地理坐标。 进行地图配准 先选择合适的“投影”以及“单位” ,然后进行...栅格图像配准实习_法律资料_人文社科_专业资料。栅格图像 MapGIS 配准实习教学目的:体会图像配准的含义; 了解图像配准的方法。 教学要求:学会用 MapGIS 进行栅格图像...图像配准 图像配准 Page 1 of 8 图像配准 1 总体介绍影像配准( Georeferencing )的对象是栅格图。空间配准( Spatial Adjustment) 的对象 是矢量数据...当配准完之后,右击图层下的文件-&数据-&导出数据 对导出栅格数据进行设置, 将输出格式-&tiff 格式。 3. 同理对第二张图像如上操作。 4. 打开 cass2008 ...图 2 配准选择 选择配准后,弹出图像配准对话框,点击投影,打开选择投影对话框后选择 正确的投影。 2 图 3 配准栅格图像 在如图所示的【图像配准】对框中【单位...栅格图像配准_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 栅格图像配准_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。...实习一、 实习一、栅格图像的配准一、准备扫描图像选择要数字化的图像, 识别该图的投影和坐标系统, 在图上选取至少 4 个控制点并获取 控制点的实际地理坐标,...栅格图配准流程_电脑基础知识_IT/计算机_专业资料。Mapgis 光栅文件坐标配准流程...3、光栅文件校正 1)文件→打开影像→选定以上生成的 msi 影像文件→打开,则 ... 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