二.栅格数据处理
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பைடு நூலகம்
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
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）
• 地形图中，读取控制点的坐标，图中红色控制点的坐标为 （564000,2776000），单位：米
• 输入控制点坐标
②
坐标变换
• 一旦你选取了足够的控制点, 你就可以将栅 格数据变换（或转换）到地图坐标系统下. 转换(Transformation) 运用一种数学变换方 法来重新确定栅格数据中每个像元的灰度值。 • 一次多项式：仿射（affine）—变换可以将 栅格数据平移, 缩放, 及旋转.
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)
• 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。
主要内容
影像配准及地图数字化 • 地图矢量化 • 屏幕跟踪数字化过程 • 影像配准
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。
• RMS 比较小时，说明控制点的选取是比较 准确的，但也要注意有可能存在残差非常 大的控制点，但由于其它控制点是很精确 的，所以总的RMS误差比较小的情况。
④
矫正栅格数据-重采样
• 你可能会认为一旦实现了栅格数据到地图坐标变 换之后，每一个像元都被转换到了新的地图坐标。 事实并非如此。在地理配准过程中，将基于地图 坐标生成一个“空的” 矩阵, 矩阵中每个元素的 值（表示颜色）将通过重采样重新计算。
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
– 栅格图像中的一条直线变换后然后为直线。 矩 形和正方形变换后为平行四边形
③
检查均方差(RMS)
• 坐标转换的准确程度可以通过比较某一点 在地图中的实际坐标与根据变换公式得到 的坐标来判断。 • 这两个点之间的距离之差称为残差(residual error). 通过计算均方差(RMS)获取控制点总 误差。 • 均方差(RMS) 的大小描述了变换公式在不 同控制点间的一致性。 • 可以将残差特别大控制点删除，然后添加 新的控制点。
Rectify：矫正栅格数据
• Rectify 生成一个新的已经过地理配准的的格文件。 可以保存为 ESRI GRID、 TIFF或者 ERDAS IMAGINE的格式.
• 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。
控制点
• 在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标，即控 制点。 • 控制点可以是经纬 线网格的交点、公里网格的交 点或者一些典型地物的坐标。 • 我们可以从 图中均匀的取几个点。如果我们知道 这些点在我们矢量坐标系内坐标， 则直接输入控 制点的坐标值，如果不知道它们的坐标，则可以 采用间接方法获取－从矢量数据中选取。
选取控制点
• 控制点的数目取决于 你打算使用哪一种数学方法来实现 坐标转换. 但是，过多的控制点并不一定能够保证高精度 的配准 。要尽可能使控制点均匀分布于整个格格图像， 而不是只在图像的某个较小区域 选择控制点。 • 通常,先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位 置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果
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
影像配准的步骤 （Register－Rectify）
① ② ③ ④
校准栅格数据 （选择控制点） 坐标变换 （求解二元多项式n次方程） 检查均方差（计算控制点误差） 重采样－矫正（Rectify）：生成新的影像文件 （三种重采样算法）
①
校准栅格数据
• 通常,你会将栅格数据校准到已经存在具有坐标信 息的空间数据 （矢量数据） 。首先假定矢量化数 据中的一些空间要素 (目标数据)也同时存在于要进 行配准的栅格图像上
– 比如： 街道、建筑物、河流.
• 地理配准的基本过程是在栅格图像中选取一定数据 的控制点，将它们的坐标指定为矢量数据中对应点 的坐标（在空间数据中，这些点的坐标是已知的， 坐标系统为地图坐标系）
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。
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
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）
• 地形图中，读取控制点的坐标，图中红色控制点的坐标为 （564000,2776000），单位：米
• 输入控制点坐标
②
坐标变换
• 一旦你选取了足够的控制点, 你就可以将栅 格数据变换（或转换）到地图坐标系统下. 转换(Transformation) 运用一种数学变换方 法来重新确定栅格数据中每个像元的灰度值。 • 一次多项式：仿射（affine）—变换可以将 栅格数据平移, 缩放, 及旋转.
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)
• 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。
主要内容
影像配准及地图数字化 • 地图矢量化 • 屏幕跟踪数字化过程 • 影像配准
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。
• RMS 比较小时，说明控制点的选取是比较 准确的，但也要注意有可能存在残差非常 大的控制点，但由于其它控制点是很精确 的，所以总的RMS误差比较小的情况。
④
矫正栅格数据-重采样
• 你可能会认为一旦实现了栅格数据到地图坐标变 换之后，每一个像元都被转换到了新的地图坐标。 事实并非如此。在地理配准过程中，将基于地图 坐标生成一个“空的” 矩阵, 矩阵中每个元素的 值（表示颜色）将通过重采样重新计算。
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
– 栅格图像中的一条直线变换后然后为直线。 矩 形和正方形变换后为平行四边形
③
检查均方差(RMS)
• 坐标转换的准确程度可以通过比较某一点 在地图中的实际坐标与根据变换公式得到 的坐标来判断。 • 这两个点之间的距离之差称为残差(residual error). 通过计算均方差(RMS)获取控制点总 误差。 • 均方差(RMS) 的大小描述了变换公式在不 同控制点间的一致性。 • 可以将残差特别大控制点删除，然后添加 新的控制点。
Rectify：矫正栅格数据
• Rectify 生成一个新的已经过地理配准的的格文件。 可以保存为 ESRI GRID、 TIFF或者 ERDAS IMAGINE的格式.
• 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。
控制点
• 在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标，即控 制点。 • 控制点可以是经纬 线网格的交点、公里网格的交 点或者一些典型地物的坐标。 • 我们可以从 图中均匀的取几个点。如果我们知道 这些点在我们矢量坐标系内坐标， 则直接输入控 制点的坐标值，如果不知道它们的坐标，则可以 采用间接方法获取－从矢量数据中选取。
选取控制点
• 控制点的数目取决于 你打算使用哪一种数学方法来实现 坐标转换. 但是，过多的控制点并不一定能够保证高精度 的配准 。要尽可能使控制点均匀分布于整个格格图像， 而不是只在图像的某个较小区域 选择控制点。 • 通常,先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位 置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果
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
影像配准的步骤 （Register－Rectify）
① ② ③ ④
校准栅格数据 （选择控制点） 坐标变换 （求解二元多项式n次方程） 检查均方差（计算控制点误差） 重采样－矫正（Rectify）：生成新的影像文件 （三种重采样算法）
①
校准栅格数据
• 通常,你会将栅格数据校准到已经存在具有坐标信 息的空间数据 （矢量数据） 。首先假定矢量化数 据中的一些空间要素 (目标数据)也同时存在于要进 行配准的栅格图像上
– 比如： 街道、建筑物、河流.
• 地理配准的基本过程是在栅格图像中选取一定数据 的控制点，将它们的坐标指定为矢量数据中对应点 的坐标（在空间数据中，这些点的坐标是已知的， 坐标系统为地图坐标系）
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。