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地理配准的误差要求

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地理配准的误差要求

如果已创建足够的控制点,则可将栅格数据集变换至目标数据的地图坐标。可选择使用多项式变换、样条函数变换、纠正变换、投影变换或相似变换等多个类型的变换,为栅格中的每个像元确定正确的地图坐标位置。

多项式变换使用最小二乘拟合(LSF)算法和控制点构建的多项式。它在全局精度方面得到优化,但并不保证局部精度。多项式变换会用到两个公式:一个用于为输入的(x,y)位置计算输出的x坐标,另一个用于为输入的(x,y)位置计算y坐标。最小二乘拟合算法的目标是获得可适用于所有点的通用公式,这通常以控制点的位置发生轻微移动为代价。此方法所需的非相关控制点数量必须为:零阶平移1个,一阶仿射变换3个,二阶变换6个和三阶变换10个。较低阶多项式容易出现随机型误差,而较高阶多项式容易出现外推误差。

零阶多项式用于平移数据。当数据已进行地理配准但通过微小的平移可以更好的排列数据时,通常使用该多项式。执行零阶多项式平移只需要一个控制点。最佳方法可能是创建一些控制点,然后选择看似最准确的控制点。

一阶多项式变换常用于对影像进行地理配准。使用一阶(或仿射)变换来平移、缩放和旋转栅格数据集。这通常会在栅格数据集上得到直线,这些直线在扭曲的栅格数据集中映射为直线。因此,栅格数据集上的正方形和矩形通常会变为具有任意比例和角度方向的平行四边形。以下等式使用仿射(一阶)多项式变换对栅格数据集进行变换。可看到六个参数定义如何将栅格的行和列变换至地图坐标的变换方法。

通过使用最少三个控制点,采用一阶变换的数学方程可将每个栅格点准确映射至目标位置。任意三个以上的控制点会都产生误差或残差,它们会遍布在所有的控制点上。不过,

应该添加三个以上的控制点,因为如果某一个控制点的定位不准确,就会对变换造成更大的影响。所以,即使在创建更多链接时会产生更多的数学变换误差,变换的总体精度还是会提高。

变换的阶次越高,可校正的畸变就越复杂。不过,极少会需要三阶以上的变换。高阶变换需要更多的链接,因此处理时间将逐渐增多。一般来说,如果栅格数据集需要进行拉伸、缩放和旋转,请使用一阶变换。而如果必须弯曲栅格数据集,请使用二阶或三阶变换。

校正变换对全局LSF和局部精度都进行优化。它基于结合多项式变换和不规则三角网(TIN)插值技术的算法而构建。校正变换可使用两组控制点执行多项式变换,并使用TIN插值技术来局部校正控制点以与目标控制点更好地匹配。校正至少需要3个控制点。

相似变换是尝试保留原始栅格形状的一阶变换。因为形状的保留要比最佳拟合更重要,所以相似变换的RMS误差通常要比其他多项式变换更大。相似至少需要3个控制点。

投影变换能够扭曲线,以使它们保持平直。进行变换时,之前平行的线可能不再保持平行。投影变换尤其适用于倾斜的影像、扫描的地图和一些影像产品,如Landsat和DigitalGlobe。执行投影变换至少需要四个链接。只使用四个链接时,RMS误差为零。使用更多的点时,RMS误差会略高于零。投影至少需要四个控制点。

样条函数变换实际上是一种橡皮页变换方法,并对局部精度(而非全局精度)进行优化。它基于样条函数,这是一种可维护相邻多项式之间的连续性和平滑度的分段多项式。样条函数可将源控制点准确地变换至目标控制点;但不能保证距控制点的像素距离是准确的。当控制点很重要并且需要进行精确配准的时候就会用到此变换。添加更多的控制点会提高样条函数变换的总体精度。样条函数至少需要10个控制点。

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