《地理信息系統(tǒng)應(yīng)用》-地圖數(shù)據(jù)的幾何校正和配準(zhǔn)課件

1、地理信息系統(tǒng)課程資源庫單元10 地圖數(shù)據(jù)的幾何校正和配準(zhǔn)聯(lián)合全國28家校企單位共同建設(shè)負(fù)責(zé)院校: 內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院地理信息系統(tǒng)課程資源庫單元10 地圖數(shù)據(jù)的幾何校正和配課 程 大 綱為何實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)幾何校正和配準(zhǔn)的基本概念幾何校正和配準(zhǔn)實(shí)施的具體步驟思 考 題課 程 大 綱為何實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)幾何校正和配準(zhǔn)的基本概念為何要實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)？地圖數(shù)據(jù)是GIS的主要數(shù)據(jù)來源，對(duì)紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描矢量化是空間數(shù)據(jù)獲取廣泛采用的手段。1受地圖介質(zhì)及存放條件的影響，造成紙質(zhì)地圖的不均勻伸縮變形。導(dǎo)致矢量化坐標(biāo)與實(shí)際地圖坐標(biāo)的不一致。2為了獲得與實(shí)際地圖坐標(biāo)系一致的空間數(shù)據(jù)，必須采取一定的方

2、法最大程度地降低地圖變形誤差。3為何要實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)？地圖數(shù)據(jù)是GIS的主要數(shù)據(jù)來源，對(duì)“對(duì)紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描矢量化信息提取 “的步驟有哪些？為何實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)？提問：“對(duì)紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描矢量化信息提取 “的步驟有哪些？為何實(shí)施幾何校正在掃描矢量化中的意義原圖用掃描儀原圖掃描圖像校正拼接子圖塊讀圖分層裝入光柵數(shù)據(jù)設(shè)置當(dāng)前層和缺省參數(shù)設(shè)置矢量化參數(shù)交互矢量化矢量圖合成保存文件先將掃描圖進(jìn)行校正，然后矢量化。（或者 先矢量化，然后對(duì)矢量圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。見視頻2）地圖數(shù)據(jù)的幾何校正是極為重要的數(shù)據(jù)處理工作！幾何校正在掃描矢量化中的意義原圖用掃描儀原圖掃描圖像校正拼接幾何校正和配準(zhǔn)的基本概念基

3、本原理：幾何校正：通過一種數(shù)學(xué)變換方法，消除或改正圖像幾何誤差并生成一幅符合實(shí)際地圖坐標(biāo)系的新的圖像的過程。借助一組地面控制點(diǎn)，計(jì)算校正模型中的未知參數(shù)。根據(jù)校正模型對(duì)原始圖像進(jìn)行幾何校正。 配準(zhǔn)：用同一區(qū)域里的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)（圖像）對(duì)另一種數(shù)據(jù)（圖像）的校準(zhǔn)，以使兩種數(shù)據(jù)（圖像）中的同名像元在位置上和方位上完全疊合的操作。幾何校正和配準(zhǔn)的原理是一樣的。幾何校正和配準(zhǔn)的基本概念基本原理：幾何校正：通過一種數(shù)學(xué)變幾何校正和配準(zhǔn)實(shí)施步驟精度分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備選擇校正方法 選取控制點(diǎn)幾何校正并重采樣 幾何校正和配準(zhǔn)實(shí)施步驟精度分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備選擇校正方法 選取數(shù)據(jù)準(zhǔn)備參照數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備： 1按要求在投影變換子系統(tǒng)中

4、生成標(biāo)準(zhǔn)圖框文件。（或者是標(biāo)準(zhǔn)的地面控制點(diǎn)，和含有地面控制點(diǎn)的畸變圖像數(shù)據(jù)。）原始畸變圖像數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備： 1.就是需要進(jìn)行幾何校正的圖像文件。包括：參照數(shù)據(jù)文件和原始畸變圖像數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備參照數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備：包括：參照數(shù)據(jù)文件和原始畸變圖像選取控制點(diǎn) 采集控制點(diǎn)，即先在原始畸變圖像中采集實(shí)際值，再在參照文件中采集理論值。 控制點(diǎn)一般選擇：方里網(wǎng)的十字交叉點(diǎn)中心，其對(duì)應(yīng)的理論值可以在地圖中查到。 控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)均勻地分布在整幅圖像內(nèi)，且要具有一定的數(shù)量保證。控制點(diǎn)的數(shù)量、分布和精度直接影響幾何校正的效果。選取控制點(diǎn) 采集控制點(diǎn)，即先在原始畸變圖像中采集實(shí)際值選擇校正方法 幾何校正的模型采

5、用多項(xiàng)式擬合法。 不同階的多項(xiàng)式幾何校正變換最少控制點(diǎn)數(shù)在理論上為:一階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：3個(gè)控制點(diǎn)；二階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：6個(gè)控制點(diǎn)；三階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：10個(gè)控制點(diǎn)；四階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：15個(gè)控制點(diǎn)；五階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：21個(gè)控制點(diǎn)； 為了保證較高的校正精度，實(shí)際選擇的控制點(diǎn)至少為理論數(shù)的3倍。 就是選擇合適的坐標(biāo)變換函數(shù)（數(shù)學(xué)校正模型） ，建立畸變圖像坐標(biāo)與其參考坐標(biāo)之間的關(guān)系式。選擇校正方法 幾何校正的模型采用多項(xiàng)式擬合法。 幾何校正并重采樣 經(jīng)過對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，生成一幅新的地圖。 重采樣方式：重采樣的方法，包括最

6、鄰近法，雙線性法，雙立方法。幾何校正并重采樣 經(jīng)過對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，生成一幅新優(yōu)點(diǎn)：輸出圖像仍然保持原來的像元值，簡單，處理速度快。重采樣方法的選擇最鄰近法最鄰近法:是將最鄰近的像元值賦予新像元。缺點(diǎn)：此方法最大可以產(chǎn)生半個(gè)像元的位置偏移，可能造成輸出圖像中某些地物的不連貫。優(yōu)點(diǎn)：輸出圖像仍然保持原來的像元值，簡單，處理速度快。重采樣定義：使用鄰近4個(gè)點(diǎn)的像元值，按照其距內(nèi)插點(diǎn)的距離賦予不同的權(quán)重，進(jìn)行線性內(nèi)插。缺點(diǎn)：破壞了原來的像元值。重采樣方法的選擇雙線性法優(yōu)點(diǎn)：該方法具有平均化的濾波效果，邊緣受到平滑作用，而產(chǎn)生一個(gè)比較連貫的輸出圖像。定義：使用鄰近4個(gè)點(diǎn)的像元值，按照其距內(nèi)插點(diǎn)的距

7、離賦予不同的精度分析 如果控制點(diǎn)對(duì)選擇不精確、控制點(diǎn)對(duì)數(shù)目過少、控制點(diǎn)對(duì)分布不合理以及選擇的畸變數(shù)學(xué)模型不能很好地反映幾何畸變過程，都會(huì)造成幾何校正精度的下降。 因此，必須通過精度分析，找出精度下降的原因，并針對(duì)問題進(jìn)行改正，然后返回去再進(jìn)行幾何校正，重復(fù)這個(gè)過程直到滿足精度要求為止。精度分析 如果控制點(diǎn)對(duì)選擇不精確、控制點(diǎn)對(duì)數(shù)目過少在MapGIS軟件中的具體操作 在工作中，常見的地圖數(shù)據(jù)分為兩類：標(biāo)準(zhǔn)分幅的地圖和非標(biāo)準(zhǔn)分幅的地圖。 重點(diǎn)介紹標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正。在MapGIS軟件中的具體操作 在工作中，常見的地圖數(shù)標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正 第一步： a. 在“實(shí)用服務(wù)”模塊下的“投影變換”子系統(tǒng)下，

8、“系列標(biāo)準(zhǔn)圖框”菜單下的“根據(jù)圖幅號(hào)生成圖框”，在彈出的對(duì)話框中輸入圖像的圖幅號(hào)，然后確定。 b.在彈出的對(duì)話框中定義投影參數(shù)，設(shè)置網(wǎng)格間距，確定后，彈出圖框參數(shù)輸入對(duì)話框，設(shè)置如下圖。標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正 第一步： b.在彈出的對(duì)話框中標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正 第二步： 在“P 投影變換”菜單下用“P 進(jìn)行投影變換”對(duì)新生成的圖框文件進(jìn)行投影變換，得到1:1 的圖框。標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正 第二步：標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正 第三步： “鑲嵌融合” 菜單下“打開參照文件”“參照線文件”（上一步生成的圖框），最后兩點(diǎn)選中控制點(diǎn)信息控制點(diǎn)瀏覽（目的是將控制點(diǎn)信息顯示）,然后點(diǎn)擊刪除所有控制點(diǎn)（目的是刪除自動(dòng)生成的四個(gè)角坐標(biāo)）。標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正 第三步：標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正第四步： “鑲嵌融合”菜單下“添加控制點(diǎn)”，分別在影像和方里網(wǎng)內(nèi)選中對(duì)應(yīng)的十字交叉點(diǎn)中心并點(diǎn)擊，按空格鍵，得到精度準(zhǔn)確的控制點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正第四步： 標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖的校正第五步： a. 在“鑲嵌融合”菜單下點(diǎn)擊“校正參數(shù)”，選擇校正模型。b.選完控制點(diǎn)后，（殘差在要求內(nèi)），在“鑲嵌融合”菜單下點(diǎn)擊 “校正預(yù)覽”，如果校正精度符合要求，則可