地理信息系統(tǒng)導論 第6章 幾何變換課件

上周內容回顧上周內容回顧6幾何變換

本章共4節(jié)：幾何變換（仿射變換及多項式變換）均方根(RMS)誤差（用于衡量變換質量及誤差）數字化地圖上均方根誤差（誤差來源）像元值重采樣（柵格地圖變換后取值方法）6幾何變換本章共4節(jié)：問題：為何需要采用幾何變換？柵格數據，包括攝影圖像、衛(wèi)星影像等，需要建立地圖坐標系（稱配準）地圖，從一種坐標系，轉換成其他坐標系，如同重投影，（如UTM轉GK等）實現地圖的校正問題：為何需要采用幾何變換？變換前（僅有影像坐標）變換后（有確定的投影坐標系，并校正光軸、地形等視差）變換前（僅有影像坐標）變換后（有確定的投影坐標系，并校正光軸幾何變換方法控制點（地面控制點或稱GCP）:可識別的目標，變換前和變換后的坐標值均為已知幾何變換：利用一系列控制點，建立數學模型（求取變換方程式的系數），確定變換前坐標系與變換后特定坐標系的關系，實現數據變換成指定坐標系

幾何變換方法控制點（地面控制點或稱GCP）:可識別的目標，變控制點的坐標準確性，對變換起著重要作用，決定變換后地圖的準確程度控制點選取的位置分布，也影響變換結果的偏差控制點的坐標準確性，對變換起著重要作用，決定變換后地圖的準確幾何變換的幾種類型：等積變換：允許旋轉，保持形狀與大小不變相似變換：允許旋轉，保持形狀不變，但是大小改變仿射變換：允許圖形角度改變，但保留線的平行（例如平行線仍是平行線）投影變換：允許角度和長度皆可變形幾何變換的幾種類型：地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件上述幾何變換方法在ArcGIS中都支持一般地，進行地圖到地圖，或影像到地圖的變換過程，如果不產生顯著非線性變形時，可使用仿射變換復雜的變形，變換過程產生顯著非線性變形（如地形等引起的非線性變形），可用多項式變換，二階或更高階多項式上述幾何變換方法在ArcGIS中都支持仿射變換為一次線性方程：

X=Ax+By+C

Y=Dx+Ey+F

式中，x和y是已知輸入坐標，X和Y是輸出坐標，A、B、C、D、E和F是變換系數（6個）因包括6個變換系數，仿射變換也稱六參數變換A、E——放大、縮小B、D——旋轉C、F——平移仿射變換仿射變換為一次線性方程：仿射變換多項式變換多項式變換，通常又稱拉伸（warp）X=a0+a1x+a2x2+……+anxn

Y=b0+b1y+b2y2+……+bnyn

ai、bi（i=0,1,......,n）通過控制點求取多項式變換多項式變換，通常又稱拉伸（warp）幾何變換通常包括三步：第一步，確定控制點，及其變換前坐標、變換后坐標第二步，利用控制點確定仿射變換或多項式變換系數第三步，重采樣柵格數據，生成輸出圖層（變換后柵格影像）幾何變換通常包括三步：變換前變換后變換前變換后地面控制點：變換前、后的坐標均為已知地面控制點：影像坐標地圖坐標預測坐標誤差均方根影像坐標地圖坐標預測坐標誤差均方根地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件如何衡量變換的誤差？采用均方根誤差(RMS)度量幾何變換質量如果均方根誤差在可接受范圍內，則控制點可用（注：均方根誤差在可接受范圍內并不是變換后地圖準確的充分必要條件）如何衡量變換的誤差？均方根(RMS)誤差控制點選取的質量，通常用均方根(RMS)誤差來衡量，即對控制點實際位置（已知值）與估算位置（變換方程的計算值）之間偏差的估量能夠接受的RMS容差值，可隨輸入數據的精度、比例尺或地面分辨率而不同比例尺為1：24000USGS標準圖幅的圖，小于6m的均方根誤差（輸出）是可接受的。一幅地面分辨率是30m的TM影像，均方根誤差（輸入）小于1個像元是可接受的。

均方根(RMS)誤差控制點選取的質量，通常用均方根(RMS)地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件如果均方根誤差在可接受的范圍內，就可以假設基于控制點的精度水平也適用于整幅地圖或影像（這假設不能排除錯誤例外）如果RMS誤差超過了設定的容差值，那么就需要調整控制點，選擇新的地面控制因而，幾何變換是選取控制點、估算變換系數和計算均方根誤差的過程。這個過程將反復，直至得到一個滿意的變換結果如果均方根誤差在可接受的范圍內，就可以假設基于控制點的精度水通常以源地圖的4個角點為控制點，因為這些點上通常標有精確的經緯度數值；此外，用4個角點作控制點有助于與周邊地圖的接邊如果有已知位置的更多的額外可用的點，可以將其作為控制點通常以源地圖的4個角點為控制點，因為這些點上通常標有精確的經地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件變換后，影像或柵格地圖會變形，像元位置的發(fā)生變化，新的影像或柵格地圖，需要對新像元重新采樣（取值或重采樣）變換后，影像或柵格地圖會變形，像元位置的發(fā)生變化，新的影像或重采樣方法三種常用的重采樣方法是：鄰近點插值法、雙線性插值法、三次卷積插值法只要發(fā)生輸入圖像和輸出圖像的位置或像元大小的改變，都需要進行重采樣鄰近點插值重采樣法是將原始圖像的最鄰近像元值填充新圖像的每個像元重采樣方法三種常用的重采樣方法是：地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件雙線性插值法把4個最鄰近像元值的平均值賦予新圖像的相應像元三次卷積插值法則求出16個相鄰像元值的平均值后一種插值法得出的圖像比前一種插值法得出的圖像平滑，但是需要較長的處理時間雙線性插值法和三次卷積插值法，可能產生原圖不存在的數據（要素）雙線性插值法把4個最鄰近像元值的平均值賦予新圖像的相應像元習作涉及到的技術問題習作涉及到的技術問題

掃描文件矢量化矢量化是將柵格線轉化為矢量線的過程，這個過程稱為跟蹤描繪跟蹤描繪或矢量化包括三個基本要素：線的細化、線的提取和拓撲重建跟蹤描繪可以是自動或者手工跟蹤自動跟蹤，讓計算機自動跟蹤所有相連的柵格線掃描文件矢量化ArcGIS的擴展工具ArcScan，可以把柵格數據轉換為矢量利用ArcScan等工具，可以實現批量的掃描矢量化。步驟：打開影像圖：E:/ESRI/ArcTutor/ArcScan/ArcScanTrace.mxd；ArcMap-Tools-extensions,customize選擇ArcScan,ArcEditor;parcelscan.img-property-symbolity-屬性設為黑白（uniquevalue）;ArcEditor中啟動Startediting;（存結果的圖層處在編輯狀態(tài)）ArcScan中cellseleection-selectconnectedcells-設定totalraster(200);ArcScan中rastercleanup-eraseselectedcells;ArcScan中vectorization-generatefeatures;ArcGIS的擴展工具ArcScan，可以把柵格數據轉換為矢無地圖坐標的柵格數據如何建立坐標系？Georeference（影像或地圖的配準）參見習作——挑戰(zhàn)性任務留意控制點有多種給出的方式無地圖坐標的柵格數據如何建立坐標系？上周內容回顧上周內容回顧6幾何變換

本章共4節(jié)：幾何變換（仿射變換及多項式變換）均方根(RMS)誤差（用于衡量變換質量及誤差）數字化地圖上均方根誤差（誤差來源）像元值重采樣（柵格地圖變換后取值方法）6幾何變換本章共4節(jié)：問題：為何需要采用幾何變換？柵格數據，包括攝影圖像、衛(wèi)星影像等，需要建立地圖坐標系（稱配準）地圖，從一種坐標系，轉換成其他坐標系，如同重投影，（如UTM轉GK等）實現地圖的校正問題：為何需要采用幾何變換？變換前（僅有影像坐標）變換后（有確定的投影坐標系，并校正光軸、地形等視差）變換前（僅有影像坐標）變換后（有確定的投影坐標系，并校正光軸幾何變換方法控制點（地面控制點或稱GCP）:可識別的目標，變換前和變換后的坐標值均為已知幾何變換：利用一系列控制點，建立數學模型（求取變換方程式的系數），確定變換前坐標系與變換后特定坐標系的關系，實現數據變換成指定坐標系

幾何變換方法控制點（地面控制點或稱GCP）:可識別的目標，變控制點的坐標準確性，對變換起著重要作用，決定變換后地圖的準確程度控制點選取的位置分布，也影響變換結果的偏差控制點的坐標準確性，對變換起著重要作用，決定變換后地圖的準確幾何變換的幾種類型：等積變換：允許旋轉，保持形狀與大小不變相似變換：允許旋轉，保持形狀不變，但是大小改變仿射變換：允許圖形角度改變，但保留線的平行（例如平行線仍是平行線）投影變換：允許角度和長度皆可變形幾何變換的幾種類型：地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件上述幾何變換方法在ArcGIS中都支持一般地，進行地圖到地圖，或影像到地圖的變換過程，如果不產生顯著非線性變形時，可使用仿射變換復雜的變形，變換過程產生顯著非線性變形（如地形等引起的非線性變形），可用多項式變換，二階或更高階多項式上述幾何變換方法在ArcGIS中都支持仿射變換為一次線性方程：

X=Ax+By+C

Y=Dx+Ey+F

式中，x和y是已知輸入坐標，X和Y是輸出坐標，A、B、C、D、E和F是變換系數（6個）因包括6個變換系數，仿射變換也稱六參數變換A、E——放大、縮小B、D——旋轉C、F——平移仿射變換仿射變換為一次線性方程：仿射變換多項式變換多項式變換，通常又稱拉伸（warp）X=a0+a1x+a2x2+……+anxn

Y=b0+b1y+b2y2+……+bnyn

ai、bi（i=0,1,......,n）通過控制點求取多項式變換多項式變換，通常又稱拉伸（warp）幾何變換通常包括三步：第一步，確定控制點，及其變換前坐標、變換后坐標第二步，利用控制點確定仿射變換或多項式變換系數第三步，重采樣柵格數據，生成輸出圖層（變換后柵格影像）幾何變換通常包括三步：變換前變換后變換前變換后地面控制點：變換前、后的坐標均為已知地面控制點：影像坐標地圖坐標預測坐標誤差均方根影像坐標地圖坐標預測坐標誤差均方根地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件如何衡量變換的誤差？采用均方根誤差(RMS)度量幾何變換質量如果均方根誤差在可接受范圍內，則控制點可用（注：均方根誤差在可接受范圍內并不是變換后地圖準確的充分必要條件）如何衡量變換的誤差？均方根(RMS)誤差控制點選取的質量，通常用均方根(RMS)誤差來衡量，即對控制點實際位置（已知值）與估算位置（變換方程的計算值）之間偏差的估量能夠接受的RMS容差值，可隨輸入數據的精度、比例尺或地面分辨率而不同比例尺為1：24000USGS標準圖幅的圖，小于6m的均方根誤差（輸出）是可接受的。一幅地面分辨率是30m的TM影像，均方根誤差（輸入）小于1個像元是可接受的。

均方根(RMS)誤差控制點選取的質量，通常用均方根(RMS)地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件如果均方根誤差在可接受的范圍內，就可以假設基于控制點的精度水平也適用于整幅地圖或影像（這假設不能排除錯誤例外）如果RMS誤差超過了設定的容差值，那么就需要調整控制點，選擇新的地面控制因而，幾何變換是選取控制點、估算變換系數和計算均方根誤差的過程。這個過程將反復，直至得到一個滿意的變換結果如果均方根誤差在可接受的范圍內，就可以假設基于控制點的精度水通常以源地圖的4個角點為控制點，因為這些點上通常標有精確的經緯度數值；此外，用4個角點作控制點有助于與周邊地圖的接邊如果有已知位置的更多的額外可用的點，可以將其作為控制點通常以源地圖的4個角點為控制點，因為這些點上通常標有精確的經地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件變換后，影像或柵格地圖會變形，像元位置的發(fā)生變化，新的影像或柵格地圖，需要對新像元重新采樣（取值或重采樣）變換后，影像或柵格地圖會變形，像元位置的發(fā)生變化，新的影像或重采樣方法三種常用的重采樣方法是：鄰近點插值法、雙線性插值法、三次卷積插值法只要發(fā)生輸入圖像和輸出圖像的位置或像元大小的改變，都需要進行重采樣鄰近點插值重采樣法是將原始圖像的最鄰近像元值填充新圖像的每個像元重采樣方法三種常用的重采樣方法是：地理信息系統(tǒng)導論第6章幾何變換課件雙線性插值法把4個最鄰近像元值的平均值賦予新圖像的相應像元三次卷積插值法則求出16個相鄰像元值的平均值后一種插值法得出的圖像比前一種插值法得出的圖像平滑，但是需要較長的處理時間雙線性插值法和三次卷積插值法，可能產生原圖不存在的數據（要素）雙線性插值法把4個最鄰近像元值的平均值賦予新圖像的相應像元習作涉及到的技術問題習作涉及到的技術問題

掃描文件矢量化矢量化是將柵格線轉化為矢量線