Введение
Геореференцирование или георегистрация - это тип преобразования координат, который связывает цифровое растровое изображение или векторную базу данных, представляющую географическое пространство (обычно сканированную карту или аэрофотографию), с пространственной системой отсчета, таким образом, расположив цифровые данные в реальном мире. Таким образом, это географическая форма регистрации изображений. Термин может относиться к математическим формулам, используемым для выполнения преобразования, метаданным, хранящимся рядом или внутри файла изображения для указания преобразования, или процессу ручного или автоматического выравнивания изображения с реальным миром для создания таких метаданных. Наиболее распространенным результатом является то, что изображение может быть визуально и аналитически интегрировано с другими географическими данными в географических информационных системах и программном обеспечении для дистанционного зондирования. Существует ряд математических методов, но процесс обычно включает в себя выявление нескольких точек контроля наземного образца с известными местами на изображении и на земле, а затем использование методов укладки кривой для генерации параметрической (или параметрической по частям) формулы для преобразования остальной части изображения. После того, как параметры формулы хранятся, изображение может быть динамически преобразовано во время рисования или переобразовано для создания геореференцированного растрового файла ГИС или ортофото. Термин геореференцирование также используется для обозначения других типов преобразований от общих выражений географического местоположения (геокоды) до координирующих измерений, но большинство из этих других методов чаще называются геокодированием. Из-за этой двусмысленности некоторые предпочитают использовать слово "георегистрация" для обозначения преобразования изображения. Иногда этот процесс называют резиновым листом, но этот термин чаще применяется к очень похожим процессам, применяемым к векторным данным ГИС. Как простейший тип двумерной кривой является прямой, так и простейшая форма преобразования координат является линейным преобразованием, наиболее распространенным типом является аффинное преобразование: где A F - постоянные коэффициенты, установленные для всего изображения. Эти формулы позволяют перемещать изображение (коэффициенты C и F указывают желаемое место расположения верхнего левого угла изображения), масштабировать (без вращения, коэффициенты A и E указывают размер каждой ячейки или пространственное разрешение) и вращать.
Georeferencing or georegistration is a type of coordinate transformation that binds a digital raster image or vector database that represents a geographic space (usually a scanned map or aerial photograph) to a spatial reference system, thus locating the digital data in the real world. It is thus the geographic form of image registration. The term can refer to the mathematical formulas used to perform the transformation, the metadata stored alongside or within the image file to specify the transformation, or the process of manually or automatically aligning the image to the real world to create such metadata. The most common result is that the image can be visually and analytically integrated with other geographic data in geographic information systems and remote sensing software. A number of mathematical methods are available, but the process typically involves identifying several sample ground control points with known locations on the image and the ground, then using curve fitting techniques to generate a parametric (or piecewise parametric) formula to transform the rest of the image. Once the parameters of the formula are stored, the image may be transformed dynamically at drawing time, or resampled to generate a georeferenced raster GIS file or orthophoto. The term georeferencing has also been used to refer to other types of transformation from general expressions of geographic location (geocodes) to coordinate measurements, but most of these other methods are more commonly called geocoding. Because of this ambiguity, Georegistration is preferred by some to refer to the image transformation. Occasionally, this process has been called rubbersheeting, but that term is more commonly applied to a very similar process applied to vector GIS data. As the simplest type of two dimensional curve is a straight line, so the simplest form of coordinate transformation is a linear transformation, the most common type being the affine transformation:
Where A F are constant coefficients set for the entire image. These formulas allow an image to be moved (the C and F coefficients specify the desired location of the top left corner of the image), scaled (without rotation, the A and E coefficients specify the size of each cell or spatial resolution), and rotated.
Метод GCP
Очень редко пользователь указывает параметры преобразования напрямую. Вместо этого большинство программ ГИС и дистанционного зондирования обеспечивают интерактивную среду для визуального выравнивания изображения с координатной системой назначения. Наиболее распространенным методом для этого является создание серии наземных точек управления (GCP). Это почти никогда не является идеальным совпадением, поэтому разница между каждым местоположением GCP и местоположением, предсказанным функциями, может быть измерена и обобщена как коренная средняя квадратная погрешность (RMSE). Таким образом, более низкий RMSE означает, что преобразовательные формулы тесно соответствуют GCP. После определения параметров функции, функции преобразования могут быть использованы для преобразования каждого пикселя изображения в его местоположение в реальном мире. Для того, чтобы сделать эту трансформацию постоянной, обычно имеются два варианта. Один из вариантов - сохранить сами параметры в виде метаданных, либо в заголовке самого файла изображения (например, GeoTIFF), либо в файле боковой части, хранящемся рядом с файлом изображения (например, файл мира). С помощью этих метаданных программное обеспечение может выполнять преобразование динамически, показывая изображение, так что оно, кажется, выравнивается с другими данными в желаемой системе координат. Альтернативный метод - это корректировка, при которой изображение переобразуется для создания новой растровой сетки, которая изначально привязана к системе координат. Ректификация была традиционно единственным вариантом, пока вычислительная мощность не стала доступной для интенсивных вычислений динамических преобразований координат; даже сейчас производительность рисования и анализа лучше с ректифицированным изображением.