二.栅格数据处理
如何进行栅格数据处理
如何进行栅格数据处理栅格数据处理是一种常见的地理信息系统（GIS）技术，使用栅格数据模型来描述和表示地球表面的信息。
这种技术在地理研究、城市规划、生态保护等领域都有着广泛的应用。
栅格数据处理的目的是将现实世界的数据转化为栅格数据模型，并对其进行分析和处理。
栅格数据模型由一系列网格单元组成，每个网格单元都包含一个数值或类别值，反映了该位置上的地理特征。
栅格数据可以是连续型的，例如高程数据；也可以是离散型的，例如土地利用类型。
在进行栅格数据处理时，首先需要理解所处理数据的类型和特征。
例如，如果要处理的是遥感影像数据，就需要了解其分辨率、波段组合等信息。
这些信息将决定所采用的处理方法和技术。
常见的栅格数据处理包括分类、过滤、剪切、融合等操作。
其中，分类是栅格数据处理中的基本操作之一。
它将栅格数据按照一定的规则划分为不同的类别，以帮助我们理解和分析地表特征。
例如，通过对遥感影像进行分类，可以将土地分为水体、植被、建筑等类别，从而提取出不同类别的空间分布信息。
另一个重要的栅格数据处理操作是过滤。
通过使用特定的过滤算法，可以降噪、平滑或增强栅格数据。
例如，在高程数据处理中，为了消除异常值的影响，常常使用滤波算法对数据进行平滑处理。
通过过滤操作，我们可以得到更加可靠和准确的栅格数据。
剪切是将栅格数据裁剪为特定区域的处理操作。
通过确定裁剪范围，我们可以提取出感兴趣区域内的栅格数据。
例如，在城市规划中，我们可能只需要某个区域的高程数据，可以将整个数据集剪切为指定的区域，以便于后续分析和建模。
另外，栅格数据融合也是一种重要的处理方法。
它将多个栅格数据集合并为一个单一的数据集，以增强数据的空间和属性信息。
例如，在生态保护中，我们可能需要将不同时间段的栅格数据融合，以获得更全面的环境变化信息。
在进行栅格数据处理时，选择合适的工具和算法也非常重要。
目前，有许多商业和开源的GIS软件提供了丰富的栅格数据处理功能，例如ArcGIS、QGIS等。
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析引言栅格数据是地理空间信息的一种重要形式，具有大规模、高分辨率和多时相的特点。
在地理信息系统（GIS）领域中，栅格数据处理和分析是非常重要的任务，可以帮助我们深入了解地球表面的变化和空间关系。
本文将介绍一些栅格数据处理和分析的技巧，并通过实际案例来展示其应用价值。
一、数据预处理在进行栅格数据处理和分析之前，首先需要进行数据预处理。
数据预处理包括数据导入、数据格式转换、数据投影转换等步骤。
数据导入是将原始数据导入到GIS软件中，一般可以通过导入文件的方式实现。
数据格式转换是将原始数据转换为GIS软件可识别的格式，常见的格式包括TIFF、GRID、IMG等。
数据投影转换是将原始数据转换为目标坐标系下的数据，以便进行后续分析。
二、栅格数据处理技巧1. 遥感影像预处理遥感影像是栅格数据的一种重要类型，常常用于地表覆盖分类、土地利用变化检测等分析。
在进行遥感影像处理之前，需要进行影像预处理。
预处理包括影像去噪、辐射定标、大气校正等步骤。
影像去噪可以通过滤波器等方法实现，以去除图像中的噪声。
辐射定标是将卫星影像中的数字值转换为辐射亮度值，为后续分析提供准确的数据。
大气校正是为了消除大气因素对卫星影像的影响，使得影像能够更好地反映地表信息。
2. 栅格数据融合栅格数据融合是将不同分辨率、不同传感器的栅格数据进行融合，以提高数据的空间分辨率和时相分辨率。
常见的栅格数据融合方法包括主成分分析法、波段融合法、小波变换法等。
主成分分析法通过主成分分析的方法将多波段影像降维，提取主要信息。
波段融合法通过将多个波段的信息进行线性组合，以获得融合后的影像。
小波变换法通过小波变换的方法将低频和高频信息融合在一起，得到融合后的影像。
3. 栅格数据裁剪和镶嵌栅格数据裁剪是将原始栅格数据裁剪为特定区域的数据，以便进行局部分析。
常见的裁剪方法包括矩形裁剪和多边形裁剪。
矩形裁剪是在GIS软件中指定一个矩形范围，然后将数据裁剪为该范围内的数据。
gis中栅格数据裁剪方法-概述说明以及解释
gis中栅格数据裁剪方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:地理信息系统（GIS）中的栅格数据裁剪方法是一项重要的技术，其主要用于将大规模的栅格数据按照用户需求进行裁剪，以获取特定区域的数据。
随着GIS技术的发展，栅格数据裁剪方法在各个领域中得到了广泛的应用。
在传统的栅格数据处理中，常常需要处理大规模的栅格数据，数据量庞大且复杂。
而对于特定的研究需求，我们通常只需要关注一些特定的区域或感兴趣的地理现象。
这就需要通过栅格数据裁剪方法将原始数据进行筛选和提取，以获取与研究主题相关的数据。
栅格数据裁剪方法主要包括两个环节：裁剪区域选择和裁剪操作。
首先，我们需要明确研究或应用的区域范围，确定我们感兴趣的区域。
这可以通过手动绘制或者通过辅助工具获取区域边界坐标等方式完成。
然后，我们需要使用相应的算法和工具对栅格数据进行裁剪操作，将感兴趣的区域提取出来。
在具体的栅格数据裁剪方法中，常用的有基于矩形范围裁剪、基于矢量边界裁剪、基于栅格掩膜裁剪等。
基于矩形范围裁剪是指通过指定矩形的范围边界，将其中的栅格数据提取出来。
基于矢量边界裁剪是利用矢量边界的几何形状与栅格数据进行空间匹配，从而获取所需的栅格数据。
基于栅格掩膜裁剪是指通过栅格掩膜数据，将掩膜范围内的栅格数据提取出来。
不同的裁剪方法适用于不同的场景，研究或应用者可以根据具体需求选择合适的方法。
综上所述，栅格数据裁剪方法在GIS中具有重要的意义，可以帮助我们获取与研究主题相关的栅格数据，减少不必要的数据处理和存储开销。
在后续的文章中，我们将详细介绍栅格数据裁剪方法的具体原理和应用案例，以期为相关研究和应用提供一定的参考依据。
1.2文章结构文章结构可以在多种方式下进行设计，以确保读者可以清晰地理解整篇文章的内容和逻辑顺序。
在本文中，我们将按照以下方式组织文章结构：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 栅格数据裁剪方法12.2 栅格数据裁剪方法23. 结论3.1 总结3.2 展望在引言部分，我们将首先概述本文的主题，即GIS中栅格数据裁剪方法。
如何进行栅格地图处理和分析
如何进行栅格地图处理和分析栅格地图处理和分析是地理信息系统（GIS）中的重要环节。
通过将地理数据转化为栅格形式，可以更加方便地进行空间分析和模拟。
本文将从数据获取、栅格化、栅格分析以及数据可视化等方面，探讨如何进行栅格地图处理和分析。
一、数据获取在栅格地图处理和分析中，数据获取是基础且重要的一步。
常见的数据来源包括遥感数据、地形数据以及人口统计数据等。
遥感数据可以通过航空摄影、卫星遥感等方式获取，具有广覆盖、高精度的特点，可以提供地表覆盖、植被生长、气候变化等各种信息。
地形数据包括数字高程模型（DEM）和数字地形模型（DTM），用于描述地表高度和地形特征，对于地貌分析和水资源管理等具有重要意义。
人口统计数据则包括人口密度、年龄结构、经济发展水平等信息，可用于进行城市规划和社会经济分析。
二、栅格化获取到的地理数据需要进行栅格化处理，将其转化为栅格形式。
栅格化是指将连续的地理现象离散化表示，将地理空间划分为一定大小的像元（pixel）。
栅格化可以通过网格划分、像元中心法等方式进行。
在栅格化的过程中，需要考虑数据的分辨率和精度，以及不同类型数据的特点。
例如，遥感数据的栅格化需要确定波段组合、像元大小等参数，以便保持数据的准确性和可用性。
三、栅格分析栅格分析是对栅格地图进行处理和运算的过程，主要包括空间分析、属性分析和时序分析等。
空间分析是指通过栅格地图进行地理空间关系分析，如相交、包含、邻近等；属性分析则是对栅格地图进行属性统计和量化分析，如面积计算、统计特征分析等。
时序分析在栅格地图处理和分析中也占有重要地位，通过对时间序列数据的处理，可以进行季节变化、气候演化等分析。
栅格分析可以通过计算机算法实现，如统计分析、模型推演等。
四、数据可视化数据可视化是栅格地图处理和分析的重要环节，通过合适的图形和表达方式将处理分析后的结果展示出来。
数据可视化可以通过各种图表（如柱状图、折线图、散点图等）和地图呈现。
在栅格地图的可视化中，可以采用颜色映射、等值线、方格图等方式，突出不同地理现象的特点和差异。
栅格数据分析
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二、常用栅格数据操作：局部运算
•（一）单一格网的局部运算：假定以单一栅 格为源数据，基于输入栅格的像元值，局部 运算通过空间数学函数计算输出栅格的每个 像元值。
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二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
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二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
点状地物
线状地物 多边形地物
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一、栅格数据模型：存储模型
格网值和个数
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一、栅格数据模型：存储模型
• 离散数据 • Discrete data, which is sometimes called
categorical or discontinuous data, mainly represents objects in both the feature and raster data storage systems.
将输出栅格数据集中单 元中心的位置定位到输 入栅格后，最邻近分配 法将确定输入栅格上最 近的单元中心位置并将 该单元的值分配给输出 栅格上的单元。
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三、其他的栅格数据操作
OutRas = Aggregate(InRas1, 3, Max, Expand, Data) 聚合分析
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三、其他的栅格数据操作
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欧式距离
二、栅格数据操作：自然距离
Euc_Dist = EucDistance(Source_Ras)
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二、常用栅格数据操作：自然距离
• 配置与方向
–配置栅格中的像元值对应于距该像元最近的源 像元。
–方向栅格中的像元值对应于距它最近的源像元 的方向值。
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如何进行栅格数据处理与分析
如何进行栅格数据处理与分析栅格数据处理与分析在现代科技的发展中扮演着重要的角色，它可以帮助我们更好地理解和利用地球的各种资源。
本文将介绍一些栅格数据处理与分析的基本概念和方法，并探讨如何通过这些技术来解决实际问题。
一、栅格数据处理与分析的基本概念栅格数据是以网格形式表示的空间数据，例如卫星影像、地理信息系统等。
它将地球表面划分为一系列的网格单元，每个单元包含了特定的属性信息。
栅格数据处理与分析则是对这些数据进行处理和分析的过程。
栅格数据处理包括数据预处理、数据清洗、数据转换等步骤。
数据预处理是对原始数据进行修正和修整，以消除数据中的噪声和错误；数据清洗是指对数据进行过滤和去除异常值等操作；数据转换是将数据进行投影变换、重采样等操作，以满足不同分析需求。
栅格数据分析是对栅格数据进行统计、模型建立、模拟等操作，以获取目标区域的空间特性和规律。
通过栅格数据分析，我们可以进行地表覆盖分类、土地利用变化监测、资源调查评估等工作。
二、栅格数据处理与分析的方法1. 数据获取与准备栅格数据处理与分析的第一步是获取需要的数据。
这可以通过遥感技术、测量技术等手段来获取。
然后，将数据导入专业软件中进行处理前的准备工作，例如数据格式转换、投影转换等。
2. 数据预处理数据预处理是栅格数据处理的重要环节。
它包括数据校正、辐射校正、大气校正等步骤，以确保数据的准确性和可靠性。
此外，还需要进行镶嵌、裁剪、重采样等操作，以满足后续分析的需求。
3. 数据清洗与异常值检测数据清洗是为了去除数据中的噪声和异常值，以确保分析结果的准确性。
常用的数据清洗方法包括滤波、去除孤立点等。
同时，还需要进行异常值检测，以发现可能的错误数据。
4. 空间数据分析栅格数据的空间分析是栅格数据处理与分析的核心部分。
它包括栅格数据分类、光谱特征提取、土地覆盖变化检测等。
这些分析方法可以帮助我们了解地表的空间分布和变化情况。
5. 空间模型建立与模拟栅格数据处理与分析还可以依据已有数据，建立相应的数学模型，进行空间模拟和预测。
1-11栅格数据与栅格数据处理
11栅格数据与栅格数据处理除了矢量数据之外，另一种形式的数据在表示图形信息和计算机图像处理方面，也起着愈来愈重要的作用，那就是栅格形式的数据。
11.1栅格数据及其获取11.1.1栅格数据的概念将制图区域的平面表像按一定的分解力作行和列的规则划分，就形成一个栅格阵列，其中每个栅格也称“像元”或“像素”。
根据所表示的表像信息，各个像元可用不同的“灰度值”来表示，但每个像元被认为是内部一致的基本单元。
由平面表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据就是栅格数据。
如果一个图像的灰度值只有两种（通常用1表示前景元素，用0表示背景元素），则这个图像也称“二值图像”（或称“二元图像”）。
图11.1表明如何用矢量数据和栅格数据来表示一条曲线。
图11.1在矢量形式表示中，曲线由一个顺序点列的X，Y坐标值给出，井可通过对每相邻的两点作连线而予以再现；而在栅格形式表示中，曲线是通过对其经过的所有像元赋以特定的数值而给出，即“线上”与“线外”的像元具有不同的灰度值。
只要通过一种装置，将栅格数据中不同的灰度值变为物理上不同的亮度，就可以将曲线再现出来。
在计算机地图制图中，用栅格数据表示各种地图基本图形元素的标准格式如下（见图11.2）。
点状要素——用其中心点所处的单个像元来表示；线状要素——用其中轴线上的像元集合来表示。
中轴线的宽度仅为一个像元，即仅有一条途径可以从轴上的一个像元到达相邻的另一个像元。
这种线划数据称细化了的栅格数据；面状要素——用其所覆盖的像元集合来表示。
图11.211.3图在栅格数据中，常用的相邻概念有四方向相邻和八方向相邻两种。
如图11.3。
设所讨论的中心像元为（i，j）（即第i行、第j列的那个像元），若只定义与其有公共边的四个像元（i-l，j）、（i，j ＋1）、(i＋1，j)、（i，j-1）与中心像元（i,j）相邻，则这种相邻称为四方向相邻。
此时，像元（i,j）（i+1,j-1）（i+1,j+1）、具有四向邻域；若除了上述的四个像元以外，还定义像元（i-1，j-1）、（i-1，j＋1）、也与中心像元（i，j）相邻，则这种相邻称为八方向相邻。
栅格数据基本分析方法
栅格数据基本分析方法栅格数据是由一系列规则排列的网格单元组成的空间数据集合。
它通常用于描述和分析地理信息系统中的地表特征和现象。
栅格数据基本分析方法是指使用栅格数据进行数据处理、可视化和模型建立的一系列方法和技术。
下面将介绍一些常用的栅格数据基本分析方法。
1.数据预处理栅格数据预处理是指对原始栅格数据进行清洗、转换和重采样等操作，以便进行后续的分析和应用。
常见的数据预处理方法包括数据去噪、数据融合、数据重投影和数据重采样等。
去噪可以通过滤波算法、空间平滑等方法实现，融合可以通过融合不同传感器获取的数据、融合不同时相的数据等方法实现，投影和重采样可以将数据转换到统一的坐标系统和分辨率下。
2.可视化栅格数据可视化是指将栅格数据以图像的形式展示出来，以便理解和分析地表特征和现象。
常见的栅格数据可视化方法包括颜色编码、图像渲染、等值线图、栅格分层和比例尺控制等。
颜色编码通过将栅格数据的数值映射到一定的颜色范围内，来表示不同数值代表的地表特征；图像渲染通过使用不同的渲染算法和颜色映射表将栅格数据转换成图像；等值线图通过连接具有相同数值的栅格单元来表示地表特征的等值线。
3.空间分析栅格数据的空间分析是指基于栅格数据进行空间关系分析、空间统计和地理建模等操作。
常见的空间分析方法包括邻域分析、拓扑关系分析、栅格代数运算、栅格重分类和栅格面积计算等。
邻域分析可以通过计算栅格单元周围的邻域特征和自动距离来获得地表特征的空间指数和密度信息。
拓扑关系分析可以通过计算栅格数据之间的空间连接和邻近性来确定地理实体之间的拓扑关系。
栅格代数运算可以对栅格数据进行加、减、乘、除等运算，用于生成衍生数据和计算栅格指标。
栅格重分类可以通过定义不同的分类规则和阈值来将栅格数据转换成不同的分类，用于区分地物类型和提取特征信息。
栅格面积计算可以通过计算栅格数据的像元个数和单元面积来获取不同地物类型的空间分布和面积比例。
4.模型建立栅格数据的模型建立是指使用栅格数据进行模型分析和预测，以便提取地表特征的空间和时间关系。
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Rectify：矫正栅格数据
• Rectify 生成一个新的已经过地理配准的的格文件。 可以保存为 ESRI GRID、 TIFF或者 ERDAS IMAGINE的格式.
主要内容
影像配准及地图数字化 • 地图矢量化 • 屏幕跟踪数字化过程 • 影像配准
地图矢量化
• 数字化可分为手扶跟踪数字化和扫描数字化 • 对于栅格数据的获取，GIS 主要涉及使用扫描仪等 设备对图件的扫描数字化， 这部分的功能也较简 单。因为通过扫描获取的数据是标准格式的图像文 件，大多 可直接进入 GIS 的地理数据库。 • 从遥感影像上直接提取专题信息，需要使用几何纠 正、光谱纠正、影像增强、 图像变换、结构信息 提取、影像分类等技术，主要属于遥感图像处理的 内容。 因此，以下主要介绍 GIS 中矢量数据的采 集。
所有以上这些扫描的误差引起的几何变形,可看成平移、 旋转、缩放、仿射、弯曲以及各种更高变形的综合作 用结果。在实际操作过程中,很难对这些误差一一进 行变形改正,只能综合考虑它们的影响,综合校正。
• 输入到计算机中的图形，实际上都是通过其位置 坐标(x,y)来表示，因此校正过程实质上是找一种 数学关系(或函数关系)，描述变换前图形坐标(x,y) 与变换后图形坐标(x′,y′)之间的换算，其数学关系 一般描述为 x’=f1(x,y) y’=f2(x,y)
手扶跟踪数字化
• 通过数字化仪获取是一种最 普通的传统方法
• 是单调而细致的工 作
数字化仪工作原理
y = 10
操作人员在数字 化仪上点击一点 或跟踪一条线段
x=5
坐标被存入到GIS数据库中
屏幕跟踪数字化过程
• 1. 配准影像 • 2. 新建要素类 • 3. 在ArcMap中加载已配准的影像和新建的图 层（要素类） • 4. 在ArcMap中使用“编辑器”，分层提取要 素（对于二值化扫描地图，可使用ArcScan模 块进行半自动化的屏幕跟踪数字化）
扫描地图的误差来源
GIS中数据的来源主要是对地图图纸的数字 化,扫描数字化过程中引起的误差主要决 定于 • 要素对象 • 软件处理技术 • 扫描仪
• 扫描要素对象 要素本身的宽度、复杂程度、粘连以及图面 的整洁和清晰程度都对扫描数字化误差有一定的 影响。例如,线条的粘连,结合处易出现较大的误差; 线条发虚,会得到多个实体;图面不整洁引入了噪声, 易引起软件误判;线条不光滑,易出现毛刺等。
• 扫描仪 在扫描过程中,由于使用CCD扫描仪,会引入 一些误差。主要包含有:扫描仪的分辨率;光学误差; 电信号传输过程中造成的辐射误差;沿导轨扫描过 程中,由于机械运动、速度不均或其它原因所造成 的直线性误差;线阵方向与扫描方向不垂直所引起 的CCD线阵的直线性误差;外界因素影响产生的误 差;随机性误差等等。
①
校准栅格数据
• 通常,你会将栅格数据校准到已经存在具有坐标信 息的空间数据 （矢量数据） 。首先假定矢量化数 据中的一些空间要素 (目标数据)也同时存在于要进 行配准的栅格图像上
– 比如： 街道、建筑物、河流.
• 地理配准的基本过程是在栅格图像中选取一定数据 的控制点，将它们的坐标指定为矢量数据中对应点 的坐标（在空间数据中，这些点的坐标是已知的， 坐标系统为地图坐标系）
• 地形图中，读取控制点的坐标，图中红色控制点的坐标为 （564000,2776000），单位：米
• 输入控制点坐标
②
坐标变换
• 一旦你选取了足够的控制点, 你就可以将栅 格数据变换（或转换）到地图坐标系统下. 转换(Transformation) 运用一种数学变换方 法来重新确定栅格数据中每个像元的灰度值。 • 一次多项式：仿射（affine）—变换可以将 栅格数据平移, 缩放, 及旋转.
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。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。
• RMS 比较小时，说明控制点的选取是比较 准确的，但也要注意有可能存在残差非常 大的控制点，但由于其它控制点是很精确 的，所以总的RMS误差比较小的情况。
④
矫正栅格数据-重采样
• 你可能会认为一旦实现了栅格数据到地图坐标变 换之后，每一个像元都被转换到了新的地图坐标。 事实并非如此。在地理配准过程中，将基于地图 坐标生成一个“空的” 矩阵, 矩阵中每个元素的 值（表示颜色）将通过重采样重新计算。
影像配准
• 栅格数据通常是通过扫描纸质地图或采集航空及 卫星照片获得 。 • 通过扫描获取的影像不包含定义其地理空间位置 所需的信息。而航空及卫星照片所使用的坐标系 统是相对于通用GIS平台软件所使用的坐标系统是 独立的。 • 为了能够将这些影像数据与其它的数据集成，以 便进行分析， 就必须对其进行处理：用户需要事 先将这些数据校准（配准）到一个指定的地图坐 标系
– 栅格图像中的一条直线变换后然后为直线。 矩 形和正方形变换后为平行四边形
③
检查均方差(RMS)
• 坐标转换的准确程度可以通过比较某一点 在地图中的实际坐标与根据变换公式得到 的坐标来判断。 • 这两个点之间的距离之差称为残差(residual error). 通过计算均方差(RMS)获取控制点总 误差。 • 均方差(RMS) 的大小描述了变换公式在不 同控制点间的一致性。 • 可以将残差特别大控制点删除，然后添加 新的控制点。
名词：Georeference
• 地理配准：是为了使得 影像数据可以和GIS矢 量数据集成在一起，而 为影像数据指定一个参 考坐标系的过程。
• 将扫描地图配准到坐标系下
影像配准的步骤 （Register－Rectify）
① ② ③ ④
校准栅格数据 （选择控制点） 坐标变换 （求解二元多项式n次方程） 检查均方差（计算控制点误差） 重采样－矫正（Rectify）：生成新的影像文件 （三种重采样算法）
• 软件处理技术 在扫描数字化过程中,三个主要参数:分辨率、门槛值 (灰度值或对比度值)和滤波值的确定将对扫描图的质量产 生重大的影响;而图像处理、几何校正和矢量化等后处理 技术,其功能的强弱、模型的优化将直接影响扫描数字化 的精度。如采用合适的校正模型(仿射变换、双线形变换、 多项式变换等)、定向点的自动对中、采样点的自动对中 等,将有效的提高扫描数字化的精度。
选取控制点
• 控制点的数目取决于 你打算使用哪一种数学方法来实现 坐标转换. 但是，过多的控制点并不一定能够保证高精度 的配准 。要尽可能使控制点均匀分布于整个格格图像， 而不是只在图像的某个较小区域 选择控制点。 • 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