MapGIS影像镶嵌融合控制点获取的一种有效方法.pdf

1、2023.26科学技术创新MapGIS影像镶嵌融 合 控制点获取 的 一种有效方法赵 卫 东（河 北 省地质 矿产 勘查 开 发 局 第 一 地质 大 队，河 北 邯郸）1 镶嵌融 合 控 制 点 及 其 gcp文 件Mapgis中影 像 的 镶嵌 融 合 功 能 非 常强大1，只 要有 足 够 的 控制 点 或 其 文 件（*.gcp）2，可以 随心 所 欲 的将 msi影 像 进行平 移、旋 转、缩 放，甚 至 局 部 伸 缩、揉皱。Mapgis影 像 文 件（.msi文 件）镶嵌 融 合 控制 点 文件3，可 用 记 事 本 打 开，其 格 式 见图 1。图 1gcp文 件 格 式该 文

2、 件 第 一 行为表 头，各 列 间 以 空格 与 制 表 符 两个字 符 分 隔，下 面 为 控制 点 信息，以 英 文 豆 点 与 制 表符 两 个字 符 分 隔。经 试验，表 头 及 下 面 控制 点 信息 各列 之 间 有 英 文 豆 点 分 隔 即 可。gcp文 件最 关 键 的 信息即 是 控制 点 的 图 像坐 标、理 论 坐 标，相 关 的 坐 标 系 称为 像 素 坐 标 系、图 形 坐 标 系，其 意义 如 下。（1）图 像坐 标，在 镶嵌 融 合 控制 点 采 集 窗 口 左窗 口状态 栏 显 示 称 为“图 像坐 标”，即 msi影 像像 素 的坐 标，以 像 素 为

3、单位。像 素 坐 标 系 以影 像 左 上 角 为 像素 坐 标 系 的 坐 标 原 点，向 右、向 下为 正 向。msi文 件的像 素 信息 与 msi影 像 转 换 前 的 原光 栅 图 像 相 同，将 鼠标 悬 停 于 光 栅 图 像 可 出 现 像 素 列 数、行 数 等 信息。（2）理 论 坐 标，为 目标 图 形 坐 标。图 形 坐 标 是在镶嵌 融 合 控制 点 采 集 窗 口 中 右 侧 窗 口 的 Mapgis的 图 形 坐 标，亦 即 mapis点、线、面 文 件 编 辑 窗 口 显 示 的 坐 标，以 mm为 单位。图 形 坐 标 系 横向 x轴 向 右 为 正，纵向 y

4、轴 向上 为 正。当 地 图图 面 比 例 尺 为 1:1000，且 没有 旋 转、平 移，则图 形 坐 标（以 mm为 单位）的 数 值 即为 公 里 网 坐 标 数 值（以 m 为 单位）。所 谓 控制 点，即 是 同 一 点 具 备 这 两种 坐 标，将 影像 的 像 素 坐 标 进行 校 正 与 理 论 坐 标 对 应。以 上，明 确 了 像 素 坐 标 系 与 图 形 坐 标 系，以 及 控制 点 文 件*.gcp格 式，现 在需要 获取控制 点 信息。2 获 取 控 制 点设 一 光 栅 地 图 其 四 角 为 经 纬 度 坐 标，图 中 有 已 知坐 标 的 公 里 网 格，本

5、文 研究 推 荐 的 获取控制 点 步 骤 如下。2.1 矢 量 化控制 点将 光 栅 图 像 初 转 换 的 msi文 件 添 加 至 Mapgis点、线、面 文 件 编 辑 窗 口，用 合 适 的 子 图（如 十 字 丝 形）标记 控制 点：第 1，标 记 msi影 像 右 上 角 点；第 2，标 记 右 作者简介：赵 卫 东（1970-），男，本 科，地 球 物 理高 级 工程师（副 高），现 在 河 北 省地质 矿产 勘查 开 发 局 第 一 地质 大 队 从 事 物 探 工 作。摘 要：Mapgis的 msi影 像 要 方 便 应 用，镶嵌 融合 校 正 必 不 可 少。采 集 足

6、够 多的 镶嵌 融合 控制 点 使得 影 像校 正 更 加 精细。传 统 采 集控制 点 需 要 先 产 生 控制 点 参 照 文 件，然 后 在 Mapgis图像 处 理、图像 分析 系统 中 的 影 像文 件 窗 口 与 控制 点 参 照 文 件 窗 口 中交 互 采 集，窗 口 切 换、平 移、缩 放，对 于 采 集 大 量的 控制 点 时，很 是 费 时 费 力。具 有 公 里 网 格 的 栅格 地 图，常 通过公 里 网 格 的理 论 坐 标 进行 影 像 校 正。本 研究 主要 探讨 这 类 影 像 的 镶嵌 融合 控制 点 的 一 种 有 效 获 取 方法，以 改善镶嵌 融合 控

7、制 点 的 采 集 体 验，提 高 采 集 效 率。关键词：Mapgis；镶嵌 融合；影 像 校 正；Msi影 像；平面 两 点对 齐 变 换中图分类号 院 P208；TP391.4 文献标识码 院 A 文章编号 院 2096-4390渊 2023冤 26-0039-0439-科学技术创新 2023.26下 角 点；第 3，从 左 下 按 逆 时 针顺 序 标 记 图 框 四 角 经 纬度 角 点（此 顺 序 只 是 建 议）；第 4，标 记 足 够 的 公 里 网 格交 点，可 随 机性 标 记。2.2 控制 点 赋 属 性 与 导 出第 5，利用 Mapgis二次 开 发程 序 secti

8、on中“1辅助 工 具”“导 入 导 出 功 能”“点 位置 转 属 性”，让 每个 控制 点 子 图具 备 图 形 坐 标 属 性；第 6，增加 控制 点 文件“像 素 x”、“像 素 y”、“经 度”、“纬 度”、“理 论 Y”、“理论 X”、“备 注”等 属 性；第 7，将 msi影 像 的 右 上、右 下 角 点 根据 原光 栅 图 像 的 像 素 行 列 信息 赋予像 素 坐 标，将“第 3”步 的 四 角 赋予 经 度 纬 度 坐 标 属 性。第 8，section中“1辅 助 工 具”“导 入 导 出 功 能”“导 出 属 性数 据(EXCEL)”，将 刚 标 记 的 控制 点

9、信息导 出 至 excel。2.3 图 框 四 角 经 纬 度 坐 标 正 算 为 公 里 网 格 坐 标在导 出 的 Excel表 格 中 将图 框 四 角 经 纬 度 换 算 为公 里 网 坐 标，注 意 换 算 时 与 原光 栅 地 图 投 影 参数 一致。这 步 需要 经 纬 度 与 公 里 网 坐 标 正 反 算 的 软 件，如Mapgis、二次 开 发的 Excel、CoordTools_7.0.0.exe、arcgis等，资 源 丰 富。2.4 计 算 所 有控制 点 的 像 素 坐 标设 msi影 像 有 m列、n行 像 素，初 始 未 校 正 的 msi影 像 右 上 角 P

10、的 图 形 坐 标 为（xP，yP），E为 任 一 点，其图 形 坐 标 为(xE，yE），像 素 坐 标（xF，yF)，显 然，初 转 换 的 msi影 像像 素 坐 标 系 相 对 图 形 坐 标 系 只 有 平 移、缩放，没 有 旋 转，则：（1）利用式（1）可 计 算 各 控制 点 的 像 素 坐 标 系 坐 标。2.5 计 算 各 控制 点 的 理 论 坐 标控制 点 的 理 论 坐 标 即 是 将 原 msi影 像 的 控制 点 的图 形 坐 标，计 算至 目标 图 形 坐 标（理 论 坐 标）。根据 任两 个 已 知 理 论 公 里 网 坐 标 的 控制 点，计 算 各 控制 点

11、 的公 里 网 坐 标，然 后 按 公 里 网 格 间 距 取整，即 得 各 控制点 的 理 论 公 里 网 坐 标。图 框 四 角 点 的 理 论 公 里 网 坐标，即 2.3节正 算 的 结果，不 能取整，若 有 其 它 特殊 的控制 点，也 需要 像 图 框 四 角 一样，单 独 赋予 其 理 论 公里 网 坐 标。总 之，本 研究 正 是基 于 地 图图 面 上 有规律 的 公 里网 或经 纬 网，利用 其 规律获取 其 交 点 的 理 论 公 里 网 坐标 或经 纬 度 坐 标，根据需要的 比 例 尺 缩 放 至 理 论 坐 标（目标 图 形 坐 标），与 计 算 而 得的 各 控制

12、 点 的 图 像坐标，形 成控制 点 gcp文 件，用于 影 像 校 正。前 面 2.1 2.4节 的 步 骤 均 易 实 现，本 小 节 问题 较为 复 杂，这 是 本 研究 要 解决 的 关 键 问题 之 一。抽 象 化后此 问题 即：平 面 坐 标 系 有 一组 点 形 成“刚 体”，其 中两 点 对 齐 这组 点 外 另 两 点，求 这组 点 中 其 它 点 对 齐 后的 坐 标，这 种 变 换 称 为平 面 两 点 对 齐 变 换，下 面 阐 述。3 平 面两 点 对 齐 变换设 A（xA，yA）、B（xB，yB）、C（xC，yC）、D（xD，yD）为平 面 坐 标 系 xoy中不重

13、 合 的 四 点，E（xE，yE）为 另 外任意 一 点，现 令 A、C、E三 点 组 成“刚 体”，做 变 换：A点对 齐 B点、C点 对 齐 D点，则 E点 将 对 齐 F（xF，yF）点，现 在 已 知 A、B、C、D、E五点 的 坐 标，求 F点 坐 标。引 用 矢 量 的 内 积、外积 定 义 与 性 质，及 矢 量 旋 转 矩阵4，经 推 导，有（2）式 中：式（2）即 可 完成 平 面 二 点 对 齐 变 换，其 中 ABCDE五点 的 坐 标 均 为 已 知，可 求 得 F 点 坐 标。虽 然，式（2）在 Excel中 编 辑 公 式 可以实 现，但 若应 用 Excel内置

14、的 VBA5编 辑自 定 义 函 数，更 加方 便快 捷。4 计 算控 制 点 的理 论 公里 网 格 坐 标利用式（2），可 求 得对 应 F点 坐 标（xF，yF），即 该控制 点 的 公 里 网 坐 标，但 不是最 终 理 论 公 里 网 坐 标，需要 将 其 按 公 里 网 格 间 距 取整。理 论 公 里 网 坐 标一 般为 整数，甚 至 是 10、100、1000、的 倍 数，比 如，公 里网 格 间 距 为 500m，按 100m取整，即 可 获 得 正确 的理 论 公 里 网 坐 标。各 控制 点 的 xF、yF坐 标 还可以 继 续 变 换，如 缩 放（可 控制 msi影 像

15、 校 正 后 的 比 例 尺）、换 带 计 算、不 同 坐标 系 转 换（简 单 的平 移）等，这些 在 Excel中 容易 实 现。这样 事 情 做 好 一 次 后，在 Excel中可以 复 制，极 方 便 形/xFmxPxEyFnnyPyE 2/xFneiJiwaiJixExAxBACyFwaiJineiJiyEyAyB 222()()()()neiJixCxAxDxByCyAyDyBwaiJixCxAyDyBxDxByCyAACxCxAyCyA40-2023.26科学技术创新成 gcp校 正 文 件，这 才 是 本 研究 倡 导的 这 种 获取 gcp文 件方 法 的方 便 快 捷 之

16、处。5 实例 gcp文 件 形 成图 2为 获取 msi影 像 校 正 gcp文 件的实 例截图（图 中设 置 了 小 数 位 数 显 示，实 际 小 数 未 显 示 全）。该 msi影 像 有 m=12153列、n=9697行 像 素，msi影 像 右 上 角 的 图 形 坐 标（12153，9697），第 1行为表头，注 意：大 写 的 X、Y表 示 南 北 向、东西 向 坐 标，后面有 114、117表 示 该 公 里 网 坐 标 的 投 影中 央 子 午 线 经度，小 写 的 x、y表 示东西 向、南 北 坐 标，经 度、纬 度以“d.ffmmm”格 式 表 示，如 114.12345

17、6表 示 114 1234.56。第 2行为要 校 正 的地 图 名 称。第 3、4行为msi影 像 右 上、右 下 角 点 坐 标 信息。第 5 8行为地 图图 框 四 角 点 坐 标 信息，已 知 其 经 纬 度 坐 标，公 里 网 坐标 为 正 算 获 得。第 9行 及 之 下为 公 里 网 交 点 的 控制点，图 中 公 式 栏 中 显 示 单 元 格 H9:I9的 数 组 公 式 编 辑状态，当“ctrl+shift+enter”后，公 式 编 辑 栏 显 示 见图 3。表 明 自 定 义 函 数 xFyF_from_AtoB_CtoD_EtoF存在 于 工 作 簿 Hong2024

18、.xlsm 中。在 其 它 工 作 簿 中引 用该 自 定 义 函 数 时，必 须 同 时 将 Hong2024.xlsm 打 开，否 则 找 不 到 该 函 数。计 算 像 素 坐 标所 引 用 的 公 式 显 示 见图 4、图 5。上 面 已 经 获取 了 形 成 gcp文 件的要 素，要 形 成gcp文 件，只 需 将 这些 要 素 提 取 至 gcp文 件中。可在 图2中的 后面 列 如 PQRS四 列 中 直接 重 现 前 面 像 素 坐 标与 理 论 公 里 网 坐 标 的 四 列 内容（令 该 单 元“=”另 外 的单 元 格 即 可），在 O 列 形 成 以 1 起始 的 序

19、号 列，将 这 五列 复 制到 已 有 的 gcp文 件中，代 替 gcp文 件中 原 有 内容，再 将 这 五 列 分 隔 符（tab制 表 符）替 换 为 英 文 豆 点，保 存。也 可 编 辑 公 式 直接 形 成 这 五 列 内容，代 替某 gcp文 件中 原 有 内容，形 成新 的 gcp文 件。6 结 论本 研究 倡 导的 这 种 获取 gcp文 件的方 法有 如 下特 点：（1）矢 量 化控制 点 比 传 统 方 法 简 化 了 很 多 切 换窗 口、缩 放 窗 口、平 移 窗 口、点 击 鼠 标 的 步 骤，也 不 必图 2 计 算 像 素 坐 标系 坐 标、理 论 公里 网

20、坐 标 实例 图 3 公 式 编辑栏 中 显 示 的数 组 公 式 图 5E5单元 格 计 算 像 素 y坐 标图 4D5单元 计 算 像 素 x坐 标 41-科学技术创新 2023.26制 作 参 照文 件，控制 点 采 集 不 考虑 顺 序，能有效 避免人 工 错 误，大大 改 善 了 控制 点 采 集 体 验，当 有 大量 的msi文 件需要 校 正 时，更 能 提 高效 率。（2）形 成 一 次 获取 gcp文 件工 作 表 后，注 意 公 式中对 单 元 格 的 相 对引 用、绝 对引 用，在 Excel中可以 复制整 个 实 例，只 粘 贴 替 换 图 形 坐 标 两 列 与 ms

21、i影 像 的像 素 列 数、行 数，处理好特殊情况 如图 框 四 角 点 的 经纬 度 坐 标，即 可 自 动计 算，极 方 便 形 成 gcp校 正 文 件，这 是 本 研究 倡 导的 这 种 获取 gcp文 件方 法 的方 便 快 捷之 处。（3）理 论 公 里 网 坐 标 还可以 再 次 转 换，如：将1954北京 坐 标 系 坐 标 转 换 为 CGCS2000坐 标，或 者 六度带 换 算 为 三 度带等，获 得最 终 的 理 论 公 里 网 坐 标，可 轻 易 实 现 msi影 像 的 坐 标 变 换、比 例 缩 放。（4）若 将图 形 坐 标与 理 论 坐 标组 成 坐 标 对，

22、可形 成 误 差 校 正 文 件，用于 Mpagis图 形 文 件的 误 差 校正。参考文献1王 新 宇.MapGIS影 像镶嵌 融合 方法 及 其 用 途.甘肃冶 金,2017，39（4）：102-103.2吴 信 才.MAPGIS地理 信息 系统 M.北京：电 子 工 业出 版 社，2008.3中 地 软 件 丛书编 委 会.MapGis地理 信息 系统 实 用 教程 M.武 汉:中 地 公 司，2003.4谢树 艺.矢 量分析与 场 论 M.北京：高 等 教育 出 版 社,1986.5MichaelAlexander,DickKusleiKa（著）.中 文 版Excel2016高 级 V

23、BA编 程 宝 典（第 8版）M.姚瑶,王 战红,译.北京：清 华 大 学 出 版 社，2017.AnEffectiveMethodtoObtainControlPointsforMapGISImageMosaicFusionZhaoWeidong（TheFirstGeologicalBrigadeofHebeiGeologyandMineralResourcesExplorationBureau,Handan,China）Abstract:MosaicfusioncorrectionisindispensabletofacilitatetheapplicationofMapgisimage(

24、msifile).Enough Mosaic controlpointsare collected to make image correction more precise.Conventionalacquisitioncontrolpointsneedtogeneratecontrolpointreferencefilesfirst,andtheninteractivelycollecttheimagefilewindowandcontrolpointreference filewindowin theimageprocessingand imageanalysissubsystemofM

25、apgis,windowswitching,translationandscaling.Itistime-consumingandlaborioustocollectalargenumberofcontrolpoints,andthetheoreticalcontrolpointsandactualcontrolpointsarealsopronetocorrespondingerrors.Theimagecorrectionofagridmapwithakilometergridisoftencarriedoutbythetheoreticalcoordinatesofthekilometergrid.ThispapermainlydiscussesanotheracquisitionmethodofMosaicfusioncontrolpointsofsuchimages,soastoimprovetheacquisitionexperienceandefficiencyofMosaicfusioncontrolpoints.Keywords:Mapgis;mosaicfusion;imagecorrection;Msifile;planartwo-pointalignmenttransformation42-