城市规划空间分析实验教程：影像图的配准

以上杭县城高分辨率影像图（shiyan02＼shanghangxiancheng.tif）为例来说明演示在ArcGIS软件中如何进行影像图与TM数据的空间匹配。用户通常购买的影像图都是经过初步校正的数据产品，已经包含空间参考信息。

▷　步骤1：启动ArcMap，加载县城影像图和TM数据。

图2-37　“地理坐标系警告”对话框

启动ArcMap，分别加载上杭县城高分辨影像图（shanghangxiancheng.tif）和上杭县域TM影像图（shanghang.img），当加载TM影像数据时，ArcMap弹出“地理坐标系警告”对话框（图2-37），提示是否自动将“GCS＿WGS＿1984”坐标系转换为已经在视图中打开的县城高分辨影像图的坐标系，点击“关闭”按钮，关闭该对话框，ArcMap将使用动态投影方式，将TM影像数据加入ArcMap。

两幅图像存在较为明显的错位（图2-38），打开图层的属性窗口，可以发现shanghangxiancheng.tif数据的空间参考信息与TM数据的不同，应首先将该数据进行投影变换，使其空间参考一致。

图2-38　规划研究区的两幅图像存在较为明显的错位

▷　步骤2：启动ArcToolbox，进行栅格数据的投影变换。

图2-39　“投影栅格”工具对话框

在ArcMap视窗中启动ArcToolbox，鼠标双击“数据管理工具”—“投影和变换”—“栅格”—“投影栅格”，弹出“投影栅格”工具对话框（图2-39）。

在对话框中，首先设置“输入栅格”栏，输入shanghangxiancheng.tif，该文件的坐标系将直接进入“输入坐标系（可选）”栏中；然后，在“输出栅格数据集”中定义输出的路径（shiyan02文件夹下）和文件名（shanghpro）；在“输出坐标系”栏中设置输出文件的空间参考，点击“输出坐标系”栏后面的图标，弹出“空间参考属性”对话框（图2-40），点击“图层”前面的“田”字形按钮，展开显示ArcMap中已经加载的图层坐标投影信息，点击选择“WGS＿1984”坐标投影，该坐标投影的信息将显示在该窗口的下面，点击“确定”按钮，选择的坐标投影信息加载到“投影栅格”工具对话框的“输出坐标系”栏中。其他保留默认设置，例如重采样采用默认的最小邻近法，输出像元大小采用默认的2.388 657 133 936 78m。最后，点击“确定”按钮，执行“投影栅格”命令，输出投影坐标转换后的数据会自动加载在ArcMap视窗中。

图2-40　“空间参考属性”对话框

虽然转换了高分辨影像图的空间参考，但是影像图与TM数据仍然存在着数据空间错位与不匹配问题。用户还需要使用“地理配准（Georeferencing）”工具进行数据的空间匹配。

▷　步骤3：加载地理配准工具，输入控制点。

首先，在ArcMap视窗中，鼠标右键点击工具条空白处，弹出快捷菜单，点击选择“地理配准”，加载“地理配准”工具条。

然后，点击“地理配准”工具条最左边的“地理配准”，在下拉菜单中将“自动校正”（图2-41）前面的对号取消，即禁止自动校正功能。(www.xing528.com)

图2-41　“地理配准”工具条与自动校正功能

接着，点击“地理配准”工具条上的“选择地理配准图层”，选择需要配准的影像图shanghpro，并点击工具条上的“查看链接表”按钮，打开链接表（图2-42），再点击工具条上的“添加控制点”图标按钮，进行控制点的输入，注意控制点的输入应首先在要进行配准的图层上选择，然后再在被参考（即已经配准好的）的图层上选择。

图2-42　“地理配准”工具条上的“查看链接表”按钮与打开的链接表

在配准过程中，用户最好选择一些比较容易查找的点作为控制点，例如公里网格的交点，道路的交叉点，桥与河流的交点等，否则会因为数据的分辨率差异较大（TM数据分辨率为30m，影像图数据分辨率小于2.5m），很可能很难找准控制点在两幅图中的准确位置，从而造成较大的误差。在实际配准时，控制点最好能够均匀分布在图像中，以有效控制图像在各个方向的变形情况。

一个样条函数或一阶多项式至少需要3个控制点连接，二阶多项式至少需要6个控制点连接，三阶多项式至少需要10个控制点连接。本例仅为演示，只选取6个控制点，采用一阶多项式进行变换（图2-43）。

图2-43　加入的6个控制点及其精度

点击选择链接表中的“自动校正”功能，影像图与TM图进行了匹配，虽然控制点的残差较大，5号控制点达到22.7m，其结果可以接受，但最好小于半个像元以内（TM数据分辨率30m，最好能够控制在15m以内）。把5号控制点删除，重新选择一个控制点，直到满足空间匹配的精度要求后，再进行数据的空间匹配变换操作。用户可以通过单击链接表工具条上的“保存”按钮将输入的控制点信息保存到文件中，以便下次再使用这些控制点时直接点击“加载”按钮从文件中加载这些控制点坐标。

▷　步骤4：进行影像图的校正与空间匹配。

在地理配准工具条中，点选最左侧的“地理配准”菜单，弹出下拉菜单，点击选择“校正”菜单工具，弹出“另存为”对话框（图2-44），设置数据的输出位置为shiyan02文件夹下，数据名称为shhjiao，数据格式为GRID格式，其他采用默认设置。最后，点击“保存”按钮，执行数据校正与重采样工作，生成新的栅格文件shhjiao.grid。

图2-44　数据校正时弹出的“另存为”对话框

“重采样类型”中有三种选项：最邻近（用于离散数据）、双线性（用于连续数据）、双三次卷积（用于连续数据）。最邻近插值方法是将最邻近像元的值直接赋给输出像元，该方法简单，最大的优点是保持像元值不变，但校正后的图像可能具有不连续性，会影响制图效果，当相邻像元的灰度值差异较大时，可能产生比较大的误差。双线性插值法使用双线性方程和2×2窗口计算输出像元值，该方法简单且具有一定的精度，一般能够得到满意的插值效果，缺点是该方法具有低通滤波的效果，会损失图像中的一些边缘或线性信息，导致图像模糊。双三次卷积插值法是用三次方程和4×4窗口计算输出像元值，该方法产生的图像比较平滑，缺点是计算量较大。

用户可以将校正生成的文件加载进ArcMap视图窗口中，可以发现校正后的影像图与TM数据基本上能够很好的吻合，说明数据匹配结果较好，能够满足规划研究的需要。

虽然校正的结果误差控制得较好，但具体在校正时最好能够使用规划研究区的地形图（1∶50 000，1∶10 000，1∶5 000等比例尺，本例分辨率在2.5m左右，使用1∶10 000能够满足校正需要）进行高分辨影像图和TM数据的精校正工作，本例中地形图数据仅有城区部分且地形图多为保密数据，案例中将不再单独加以演示和说明，但校正过程基本一致。

另外，影像图的校正也可以使用ERDAS IMAGINE进行（Data Preparation—Image Geometric Correction），其基本思路和过程与GIS中的非常相似，在此不再展开说明，可参见其他ERDAS的教程。