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ArcGIS中的影像配准[分享]ArcGIS拥有强大的交互式栅格及影像数据配准工具。如果你已经用过 ArcView影像分析扩 展模块的影像配准功能，你会发现ArcGIS的工具与它类似。这个练习使用 的影像和矢量数 据描述了Utah州Salt Lake City的一个高速公路建设工程中的一些变化。 因主办2002冬季奥运会，Utah州已经为此准备多年——建设比赛地点、为 与会者提供住处以及其它配套设施。一个关键设施的改进是15号州际公路 的大约16英里的重建，刚好穿过Salt Lake City市区的西部。重建开始于 1997年并在2001年7月完成。全部工程的花费接近二十亿美元。工程是在 Utah州交通部的指导和授权下，由Parsons Brinkerhoff主管，完成得及时 而又不超出预算。 模型简介 本练习所采用的高质量数据是由AirPhotoUSA和Tele Atlas North America 提供的，它们是ESRI的两个商业伙伴。练习数据包含两张经过重采样的航 空相片，以JPG格式存储（Slc_9910.jpg和Slc_0107.jpg），一幅影像的 world文件（Slc_0107.jgw），一个街道中心线的shapefile（teleatll） ，以及影像配准控制点（controlpt.）。矢量数据是以Utah State Plane NAD83 Central Zone配准的，单位是英尺。 街道的矢量数据是从Tele Atlas North America的Utah州Salt Lake County数据集中裁切出来的。矢量数据集被合成为一个单个的shapefile， 还在一个ArcMap的图层文件中含有简单的图例。一个shapefile包含七个控 制点，在主要的街道交叉点上，用来配准影像。 由AirPhotoUSA提供的影像包括两张航空相片，描述了在I-80立交枢纽周围 的I-15的重建范围。这些影像是在1999年10月和2001年7月获取的。为了缩 减文件大小以使数据能更容易从网上下载，这些图像经过重采样，从原来 的两英尺地面分辨率降到了大约八英尺并以JPG文件存储。1999年10月的影 像是未配准的。2001年7月的影像是以Utah State Plane NAD83 Central Zone配准的。在对1999年的影像配准后，可以比较两幅影像，会观察到新 的建筑物和一些季节差异。 获取练习数据 启动ArcGIS之前，在资源管理器或其它文件管理程序中创建一个目录存放 练习中使用的数据。创建一个SLC_115文件夹。再创建Images和SHPFiles两 个子文件夹。在Images下，创建Unknown和UTSPN83C文件夹。在SHPFiles下 ，创建一个UTSPN83C文件夹。完整的目录结构显示在图1中。下载 SHPFiles.exe和JPGFiles.exe两个自解压文件（www.casw.com.cn）。双 击JPGFiles.exe，将Slc_9910.jpg解压到\Images\Unknown目录下，将 Slc_0107.jpg解压到\Images\UTSPN83C目录下。双击SHPFiles.exe，将其 内容解压到\SHPFiles\UTSPN83C目录。 在ArcMap中配准影像 栅格数据可以通过扫描地图、航片及卫片来获取。扫描的地图通常不包含 表明影像对应于地表何处的信息。从航空相片和卫星相片上获得的位置信 息往往不适合执行分析，或者与其它数据对齐显示。与其它空间数据一起 使用栅格数据，需要把栅格数据对齐或配准到地图的坐标系统。 配准栅格数据定义了它的地图坐标位置，即指定了联系数据与地球上的位 置的坐标系统。 配准栅格数据使它能与其它地理数据一起被查看、查询和分析。本练习会 快速完成激活ArcMap配准工具的过程、配准一幅航空相片以及将其保存为 配准过的影像。更多关于配准的内容，可以查看ArcMap在线帮助中的“ About Georeferencing”。 加载数据 开始这个练习，要激活Georeferencing工具条以及添加矢量数据和1999年 的航片。 1．打开ArcMap，加载Georeferencing工具条，通过选择 View>Toolbars>Georeferencing 。把工具条放在完全可见的位置。 2．点击Add Data按钮，漫游到\SHPFiles\UTSPN83C目录，选择 teleatl.lyr和controlpt.lyr。每个图层上的红色惊叹号表示这些图层文 件需要与它们对应的shapefile连接起来。 右键点击每一图层，选择Properties，点击Sources标签上的Set Data Source按钮，漫游到\SHPFiles\UTSPN83C目录，点击相应的shapefile。 3．右键点击controlpt.lyr，从环境菜单中选择Open Attribute Table。 查看每一层的数据。EASTING值是从1,151,600到1,153,300，NORTHING值是 在7,440,300和7,542,200之间。 teleatl1和controlpt都是在Utah State Plane NAD83 Central Zone。为 了让数据正确显示，改变地图单位和显示单位。右键点击目录表中的 Layers数据框，选择Properties，点击General标签，从地图单位和显示单 位的下拉框中选择feet。 4．向模型中添加1999年10月的影像，点击Add Data按钮，从 \Images\Unknown目录选择S lc_9910.jpg。在Create Pyramids for Slc_9910.jpg?对话框中选择Build Pyramids。忽 略指明影像丢失空间参考信息的提示，点击OK。 5．在目录表中右键点击Slc_9910.jpg，从环境菜单中选择Zoom to Layer 。注意显示在地图区右下方的地图单位。影像的坐标很小，大概在-1,000 到+1,500之间，表明这一层没有用Utah State Plane来投影。 测量者经常有策略地摆放地面控制板，用易于辨认的点来辅助影像纠正和 立体建模。注意在Slc_9910.jpg的角上和中心线上的七个白色的小×号。 这些是代表真实控制点的假想点，它们创建在影像上，辅助与显示在 controlpt.lyr上的测量控制点的配准。你可以放大到 这些点看一看。将当前地图文档存为SLC_01。 配准1999年的影像 下一步是用影像和街道图层上的控制点将1999年10月的影像配准到Utah State Plane坐标 空间。在ArcGIS中配准影像与使用ArcView Image Analysis扩展模块配准 影像的过程很相似。影像被拉伸和扭曲到矢量数据的投影控制点。 1．右键点击街道图层，即teleatl1，选择Zoom to Layer。 2．在Georeferencing工具条上，Layer设置为Slc_9910.jpg，点击下拉菜 单，选择Fit to Display。这会调整Slc_9910.jpg的显示区域。 3．Now for the fun part！放大到影像的西北角，使数字1边上的绿色× （第一个控制点）与影像上的白色×都可见。点击Georeferencing工具条 上的Add Control Points按钮。 指针变成了一个十字丝。将十字丝定位在白色的×上点击。指针变成了一 个有要素的十字丝。将指针移动到绿色的×控制点，点击。影像会移动， 两个×排在了一起。这个影像平移是个单点的转换，它是基于栅格数据上 的一个控制点和目标数据（controlpt.lyr）上相应控制点之间的连接实现 的。在目录表中右键点击Slc_9910.jpg，选择Zoom to Layer查看 影像的全图。 4．放大到影像的东南角，按照上一步描述的方法，用Add Control Points 按钮将白色× 移动到控制点3。缩小影像会看到其它控制点看起来都已经对齐了。用前面 的方法，配准影像东北和西南角的控制点2和4。 5．结束时，点击Georeferencing工具条上的View Link Table按钮。在这 个过程中，Arc GIS通过计算控制点1、2、3、4做一个多项式转换，应用最小二乘适宜使输 入位置近似到输出位置。最佳多项式转换生成两个公式——一个是为输入 位置（x,y）计算其输出的x坐标、一个是计算输出的y坐标。最小二乘适宜 是从一个应用到所有点的一般公式得到的。 当这个公式应用到一个控制点，会返回一个误差。误差是从点位置与到点 位置之间的差异。使用更多质量等同的控制点，就能更精确地用多项式把 输入数据转换到输出的坐标。因为目前我们只用了四个控制点，ArcGIS只 能执行一个1st Order Polynomial（或仿射）变换。 转换栅格数据需要的连接数目依赖于使用的方法。但是，更多的连接不等 同于更好的配准。理想情况下，连接应该分散在影像上，至少每个角上有 一个点。转换的精确程度是通过比较真实的地图坐标位置与栅格中转换的 位置来测量的。这个对每个连接的测量称为残留误差。点击 Georeferencing工具条上的Link Table按钮来显示Slc_9910.jpg的误差。 粗略地看，配准完成的很好。总体误差的计算是对所有连接的残留误差求 均方差（RMS）。RMS误差是对转换精度的估计值，但不一定意味着地图被 精确配准。 1．配准控制点5、6、7后再查看Link Table。每个添加的点都增大RMS误差 ，但是增加穿 过影像中心的点会加强配准的整体精度。 2．点击Link Table按钮。在Link Table对话框中，选择2nd Order Polynomial。ArcMap能应用一个更复杂的数学运算来调整数据和校正RMS误 差。显示有着不能接受的高误差点可以被选中、删除、替换。执行2nd Order变换需要6个或更多的点。 3．保存地图文档。这样也保存了配准信息，存储在一个单独的文件里，与 影像文件同名，扩展名是.aux。为1999年的影像创建一幅新的Utah State Plane影像，从Georeferencing工具条的下拉菜单中选择Rectify。选择使 用Nearest Neighbor的重采样方式，把图像以 TIFF格式保存在Images\UTSPN83C目录，名称为SLC_9910。TIFF格式的影像 比原来的JPG文件大。添加TIFF影像到地图中。它保持了位置精度，但色彩 有些变动。图像中保存了配准信息，就可以把它的world文件发送给别人了 。 末期建设：I-15重新投入使用 1999年10月的影像配准之后，显示完成后的I-15工程的2001年7月的图像可 以添加到地图做比较。点击Add Data按钮，从Images\UTSPN83C目录选择 Slc_0107.jpg。允许ArcGIS为它创建金字塔。在目录表中将它拖到 Slc_9910.jpg的上面。Slc_0107.jpg已经配准到Utah S tate Plane坐标，因此它能直接加载到模型中。 在Salt Lake Valley的西部放大和移动时，打开和关闭2001年7月的影像。 打开街道图层（teleatl1）并放在影像的上面。或者，选择目录表中最上 面的图层，用Effects工具条来设置它的透明度。 仔细观察高速公路，注意它的变化，特别是被修改的Salt Lake City市区 的入口和I-25/I-80立交枢纽周围的区域。在控制点7的西北方出现了一个 新的建筑物。注意影像之间的色彩差异。1999年10月的影像，树木将要落 叶了，草坪也在消退。而2001年，树叶茂盛、草地碧绿。 总结 这个练习演示了如何在ArcGIS中配准影像，在坐标空间中用矢量数据来为 航空相片定向， 以及保存纠正后的影像。利用ArcGIS对要素的一些制图显示，这幅影像就 可以拿来研究， 与该区域不同时间的影像做比较，从而研究空间关系在时间上的变化。 |
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1楼#
发布于：2003-10-28 11:35
arcmap中的georefrence可以对矢量图进行投影等操作
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