实验3_影像配准及地图数字化

实验二影像配准
一、实验目的
1、利用影像配准工具（Georeferencing）进行配准。

二、实验内容
1、ArcMap中加载图片。

2、在Layers上点击右键→Properties→Coordinate System里选
对应投影坐标系统。

3、找到Georeferencing Tools，然后用Add control points进行配准。

先点左键，再点右键，在出现的对话框中输入其对应理论坐标。

选择4个（方法为仿射变换）。

要求，残差要小于1.
4、如残差小于1，则在View Link Table 里选择save，保存控制
点文件。

5、在Geoferencing下选择Rectify，生成一幅已经配准好的影像。

6、在ArcGIS中将配准好的影像加进来。

7、在ArcCatalog下定位到相应的文件夹，然后new→Personnal
Geodatabase→Feature Class（其name 为等高线）
8、将等高线也加进来，使用Editor上的Sketch工具进行跟踪。

9、最后Stop Editting,save edits.
思考题：
1、该图片的投影坐标系统是？高程基准是？
2、什么是仿射变换？
3、保存控制点文件的作用？
4、Rectify中自然邻近内插，双线性内插，立方卷积内插的意义？。

实习影像配准及地图数字化一、主要内容1.利用影像配准(Georeferncing)工具进行影像数据的地理配准2.编辑器的使用（点要素、线要素、多边形要素的数字化）3.数据加载的联系：将野外实习定位的GPS点加载到图层中4.地图整饰输出并撰写实习报告二、具体任务首先利用影像配准(Georeferncing) 工具进行影像数据的地理配准，并以配准后的地图为底图进行分层矢量化，将野外实习定位的GPS点加载到图层中，加上经纬度、比例尺和指北针等地图要素输出。

注意：在基于ArcMap 的操作过程中请注意保存地图文档，每次生成的数据都在文件名称后面加上你自己的学号，并注意截图撰写实习报告。

三、具体内容第1步 地形图的配准－加载数据和影像配准工具数据：南京市江浦镇地形图1:10000 地形图――江浦镇.tif所有图件扫描后都必须经过扫描配准，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。

打开ArcMap，添加“Georeferncing”工具栏。

●把需要进行配准的影像—江浦镇.tif增加到ArcMap中，会发现“Georeferncing”工具栏中的工具被激活。

第2步 输入控制点•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。

•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●在“”工具栏上，点击“”按钮。

注意：地形图中，读取控制点的坐标，图中红色控制点的坐标为（643000,3544000），单位：米●使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：●用相同的方法，在影像上增加多个控制点（大于7个），输入它们的实际坐标。

实验3、影像配准及矢量化一、实验目的1.利用影像配准(Georeferencing) 工具进行影像数据的地理配准。

2.编辑器的使用（点要素、线要素、多边形要素的数字化）。

注意：在基于ArcMap 的操作过程中请注意保存地图文档。

二、实验准备基本概念：1) 地图—Map (ArcMap document)在ArcGIS中，一个地图存储了数据源的表达方式(地图，图表, 表格) 以及空间参考。

在ArcMap中保存一个地图时，ArcMap将创建与数据的链接，并把这些链接与具体的表达方式保存起来。

当打开一个地图时，它会检查数据链接，并且用存储的表达方式显示数据。

一个保存的地图并不真正存储显示的空间数据！2) 数据框架—Data Frame在“New Map File(新建地图)”操作中，系统自动创建了一个名称为“Layers”的数据框架。

在ArcMap中，一个数据框架显示统一地理区域的多层信息。

一个地图中可以包含多个数据框架，同时一个数据框架中可以包含多个图层。

例如，一个数据框架包含中国的行政区域等信息，另一个数据框架表示中国在世界的位置。

但在数据操作时，只能有一个数据框架处于活动状态。

在Data View只能显示当前活动的数据框架，而在Layout View可以同时显示多个数据框架，而且它们在版面布局也是可以任意调整的。

3）组图层-- New Group Layer有时需要把一组数据源组织到一个图层中，把它们看作Contents窗口中的一个实体。

例如，有时需要把一个地图中的所有图层放在一起或者把与交通相关的图层（如道路、铁路和站点等）放在一起，以方便管理。

4）数据层ArcMap可以将多种数据类型作为数据层进行加载，诸如AutoCAD矢量数据DWG，ArcGIS的矢量数据Coverage、GeoDatabase、TIN和栅格数据GRID，ArcView 的矢量数据ShapeFile，ERDAS的栅格数据ImageFile，USDS的栅格数据DEM等。

实验三 ENVI影像的几何校正本专题旨在介绍如何在ENVI中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的几何校正。

遥感图像的几何纠正是指消除影像中的几何形变，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新影像。

一般常见的几何纠正有从影像到地图的纠正，以及从影像到影像的纠正，后者也称为影像的配准。

遥感影像中需要改正的几何形变主要来自相机系统误差、地形起伏、地球曲率以及大气折射等。

几何纠正包括两个核心环节：一是像素坐标的变换，即将影像坐标转变为地图或地面坐标；二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。

本实验将针对不同的数据源和辅助数据，提供以下几种校正方法：Image to Map几何校正：通过地面控制点对遥感图像几何进行平面化的过程，控制点可以是键盘输入、从矢量文件中获取。

地形图校正就采取这种方法。

Image to image几何校正：以一副已经经过几何校正的栅格影像作为基准图，通过从两幅图像上选择同名点（GCP）来配准另一幅栅格影像，使相同地物出现在校正后的图像相同位置。

大多数几何校正都是利用此方法完成的。

Image to image自动图像配准：根据像元灰度值自动寻找两幅图像上的同名点，根据同名点完成两幅图像的配准过程。

当同一地区的两幅图像由于各自校正误差的影像，使得图上的相同地物不重叠时，可利用此方法进行调整1. 地形图的几何校正（1）打开并显示地形图从ENVI主菜单中，选择file →open image file，打开3-几何校正\地形图\G-48-34-a.JPG。

（2）定义坐标从ENVI主菜单栏中，选择Map →Registration →Select GCPs：Image to map。

在image to Map Registration对话框中，点击并选择New,定义一个坐标系从ENVI主菜单栏中，选择Map →Registration →Select GCPs: Image to Map。

图像配准实验报告图像配准实验报告引言：图像配准是计算机视觉领域的重要研究方向，它涉及将多个图像或视频序列对齐以实现对比分析。

图像配准技术在医学影像、遥感图像、计算机图形学等领域具有广泛的应用。

本实验旨在探究不同配准算法在图像配准任务中的效果和性能。

一、实验背景图像配准是指将不同图像或图像序列的特定特征点对齐，使它们在空间上保持一致。

图像配准可分为刚体变换、仿射变换和透视变换等不同类型，具体方法包括特征点匹配、直接法和基于优化的方法等。

本实验选取了常用的特征点匹配方法进行研究。

二、实验过程1. 数据准备从开源数据集中选取了一组包含平移、旋转和缩放等不同变换的图像。

这些图像包含了不同场景和角度，以模拟实际应用场景。

2. 特征提取与匹配采用SIFT（尺度不变特征变换）算法提取图像的特征点。

SIFT算法通过检测图像中的关键点，并计算每个关键点的特征描述子。

接着使用FLANN（快速最近邻搜索库）进行特征点匹配。

FLANN算法能够高效地在大规模数据集中进行最近邻搜索，提高了匹配的准确性和速度。

3. 图像配准基于特征点匹配结果，采用RANSAC（随机抽样一致性）算法估计图像之间的变换矩阵。

RANSAC算法通过随机选择特征点子集，估计出最佳的变换模型，排除了异常点的干扰。

4. 实验结果评估使用均方差（MSE）和结构相似度指数（SSIM）等指标对配准结果进行评估。

MSE用于衡量图像之间的差异，SSIM则考虑了亮度、对比度和结构等因素，更适合图像质量评估。

三、实验结果与讨论经过特征提取和匹配，我们得到了一系列图像配准的结果。

通过计算MSE和SSIM指标，我们对不同配准算法的性能进行了比较。

1. 刚体变换配准刚体变换是一种刚性的平移、旋转和缩放变换。

通过对特征点进行刚体变换配准，我们得到了较好的配准结果。

MSE和SSIM指标表明，刚体变换配准在保持图像结构和内容一致性方面表现出色。

2. 仿射变换配准仿射变换是一种保持直线和平行性质的变换。

实验三 ENVI影像的几何校正本专题旨在介绍如何在ENVI中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的几何校正。

遥感图像的几何纠正是指消除影像中的几何形变，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新影像。

一般常见的几何纠正有从影像到地图的纠正，以及从影像到影像的纠正，后者也称为影像的配准。

遥感影像中需要改正的几何形变主要来自相机系统误差、地形起伏、地球曲率以及大气折射等。

几何纠正包括两个核心环节：一是像素坐标的变换，即将影像坐标转变为地图或地面坐标；二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。

本实验将针对不同的数据源和辅助数据，提供以下几种校正方法：Image to Map几何校正：通过地面控制点对遥感图像几何进行平面化的过程，控制点可以是键盘输入、从矢量文件中获取。

地形图校正就采取这种方法。

Image to image几何校正：以一副已经经过几何校正的栅格影像作为基准图，通过从两幅图像上选择同名点（GCP）来配准另一幅栅格影像，使相同地物出现在校正后的图像相同位置。

大多数几何校正都是利用此方法完成的。

Image to image自动图像配准：根据像元灰度值自动寻找两幅图像上的同名点，根据同名点完成两幅图像的配准过程。

当同一地区的两幅图像由于各自校正误差的影像，使得图上的相同地物不重叠时，可利用此方法进行调整1. 地形图的几何校正（1）打开并显示地形图从ENVI主菜单中，选择file →open image file，打开3-几何校正\地形图\G-48-34-a.JPG。

（2）定义坐标从ENVI主菜单栏中，选择Map →Registration →Select GCPs：Image to map。

在image to Map Registration对话框中，点击并选择New,定义一个坐标系从ENVI主菜单栏中，选择Map →Registration →Select GCPs: Image to Map。

实验一、使用ArcMap浏览地理数据1.学习本实验预备知识相关材料，结合GIS原理总结ArcGIS Desktop 主要特点。

ArcGIS Desktop有三个功能模块，ArcGatalog、ArcMap、ArcToolbox。

ArcGatalog管理GIS中的空间数据和属性数据，可作为GIS的空间数据库。

ArcMap是显示地图的工具，用于显示地图上的要素和要素之间的关系视图，将底层的地理信息用地图的方式表达，并可以查询，分析，编辑地图信息。

ArcToolbox是空间分析工具，可对地图进行一系列空间分析，从已有地图信息中提取需要的信息。

2.GIS 中两种基本查询的原理是什么？ArcGIS中提供两种查询方法：一是根据位置查询要素属性或通过属性查询要素，地图上的地理要素与属性信息是相互关联的，属性信息存放在空间数据库中，点击地图上某一要素就可根据要素的位置，调用数据库，得到此要素的属性信息，并可以通过点击属性表上的要素，在地图上高亮显示要素；二是查询符合给定条件的要素的位置，用户可限定某些限制条件，然后查询符合该条件的要素的位置。

3.回答如下问题：a)在ArcMap中, 打开Redlands.mxd。

街道名称为“NEW YORK”的是什么类型的道路？Local street（本地街道）Minor street（次要街道）Interstate（州际道路）Major street （主要街道）由上图可知“NEW YORK”为Local Street类型的街道b)在ArcMap中, 打开Redlands.mxd。

在Railroads图层中有多少条铁路线？由Railroads属性表可知，Railroads图层”NAME”字段中显示，铁路有SP RAILROAD和AT AND SF RAILROAD以及一条未命名的铁路，共3条铁路。

实验二、空间数据库管理及属性编辑1.阐述基本原理和概念要素类：要素类是具有相同集合类型和属性的要素的集合，即同类空间要素的集合。

地理实验综合报告地理信息系统应用姓名邢婉学号 1256408067 成绩一、实验目的1、利用影像配准（georeferencing）工具进行影像数据的地理配准。

2、扫描地图中点、线、多边形的数字化（编辑器editor的使用）。

3、掌握arcmap下各种渲染方式的使用方法，通过渲染方式的应用将地图属性信息以直观的方式表现为专题地图。

4、使用arcmap layout（布局）界面制作专题地图。

5、地理信息查询。

二、实验准备1、软件准备：arcgis desktop 9.2软件的arcmap模块、arccatalog模块2、实验数据：地形图扫描图像、省会城市、地级城市驻地、国界线、线状省界、主要公路、省级行政区、hillshade_10k三、仪器设备微型电子计算机一台、arcgis desktop 9.2软件一套四、实验步骤1、影像数据配准第一步：加载控制栏、加载图层、输入控制点添加georeferencing工具栏加载地形图,jpg，点击点击link table ，，在图上添加控制点，输入正确的方里网坐标（7个以上），检查残差,注意要保持残差在2.0以下。

结果如图1-1：图1-1 第二步：设置数据框属性右键点击layers查看属性，设置data frame properties页中的数据框属性（图1-1），设置general页中units display为meters（图1-2），设置coordinate system页中投影的类型（predefined>projected coordinate systems>gauss kruger>xian 1980>xian 1980 3 degree gk cm 126e）（图1-3），属性设置完成。

图1-1 图1-2 图1-3 第三步：矫正并重采样栅格生成新的栅格文件点击georeferencing下拉菜单中的rectify，对配准的影像文件根据设置的变换公式进行重新采样，另存为一个新的影像文件（图1-4）。

影像配准及矢量化实验报告1. 实验目的学习和掌握影像配准和矢量化的基础知识，了解和掌握相关的方法和技术，并能够应用这些知识和技术，完成实际的操作和应用。

2. 实验环境在本实验中，我们主要使用了ArcGIS软件，该软件是一个非常强大的地理信息系统，可以进行地图绘制、数据处理、分析和可视化等操作。

3. 实验内容（1）影像配准影像配准是指将多幅遥感图像、地图或其他相关的图像进行空间上的对应和重叠，使它们能够准确地融合在一起。

在实际应用中，影像配准可以实现多波段、多时相和多来源图像间的精确对齐和重叠，进一步提升影像的解译和分析能力。

在ArcGIS软件中，影像配准主要可以通过以下几个步骤来完成：- 打开需要进行配准的影像和参考影像；- 点击“数据管理”菜单中的“地理处理”功能，然后选择“影像拼接”工具；- 在拼接工具中，选择需要进行配准的影像和参考影像，然后设置正确的配准方式和参数；- 点击“运行”按钮，开始进行影像配准。

完成后，可以查看配准效果并进行相关的后续分析。

（2）矢量化矢量化是指将栅格数据或其他非矢量数据转化为矢量数据的过程。

在实际应用中，矢量化可以帮助我们提取和记录图像中的空间特征和属性，进一步实现精确的测绘、地图制图和空间分析。

4. 实验结果在实际操作中，我们成功地完成了影像配准和矢量化两个实验，并得出了以下的结论和结果：- 影像配准可以大幅提升遥感图像的解译和分析能力，确保多时相和多来源图像之间的准确融合和拼接；- 矢量化可以有效提取图像中的空间特征和属性，进一步实现精确的测绘和地图制图，以及空间分析和应用；- 使用ArcGIS软件可以快速、简便地完成影像配准和矢量化，进一步提升数据处理和应用效率。

5. 实验总结影像配准和矢量化是遥感图像处理和地图制图中非常重要的技术方法，可以帮助我们更好地解析和利用空间数据。

在实际操作中，需要根据不同的应用需求和数据特征，选择合适的方法和技术，进一步提升处理和分析效果。

实验影像配准及矢量化一、总结屏幕跟踪数字化过程的基本步骤及每一步骤的必要性。

第1步、地形图的配准－加载数据和影像配准工具必要性：所有图件扫描后都必须经过扫描配准，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。

第2步、输入控制点必要性：在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标。

通过读图，我们可以得到一些控件点――公里网格的交点，我们可以从图中均匀的取几个点。

一般在实际中，这些点应该能够均匀分布。

利用它们同名性质列方程，求待定系数来获取其在规定坐标系下的坐标。

第3步、设定数据框的属性必要性：统一标准，单位m，参考坐标系统80西安坐标系（Xian 1980 Degree GK CM102E），可以求得真实坐标。

第4步、矫正并重采样栅格生成新的栅格文件必要性：矫正，和配准。

使用这些配准后的影像进行分层矢量化。

第5步、分层矢量化－在ArcCatalog中创建一个线要素图层第6步、从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中二、分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法。

（一）、误差来源：1、数据采集：实测误差，地图制图误差（制作地图的每一过程都有误差），航测遥感数据分析误差（获取、判读、转换、人工判读（识别要素）误差）2、数据输入：数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差（地类界）3、数据存贮：数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）空间精度不能满足4、数据操作：类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）5、多层数据叠加误差多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形）6、各种内插引起的误差（二）、质量控制方法：1、手工方法：与原始地图或者属性数据比较；2、元数据法：元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。

3、地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量，如利用地表特征的空间分布进行分析。