影像坐標轉換的一體化處理研究

張曉東，吳正鵬，陳楚，王琳

(天津市測繪院，天津 300381)

影像坐標轉換的一體化處理研究

張曉東?，吳正鵬，陳楚，王琳

(天津市測繪院，天津 300381)

實際工作中，常存在各種坐標系相互轉換的需求。在傳統數據生產流程中，產生了過多不必要的中間成果，同時影響數據處理效率。本文針對天津市特定情況，為提高數據處理效率，減少對硬盤空間的需求，研究一種新的影像數據坐標轉換方法，實現一體化處理。

坐標轉換；多項式糾正；一體化

1 引 言

天津市目前常用的坐標系有1990年天津市任意直角坐標系(以下簡稱90系)、1980西安坐標系(以下簡稱80系)、2000國家大地坐標系、WGS-84坐標系，以滿足規劃、國土、測繪等不同部門的需要。其中90系是為滿足經濟的迅猛發展和城市基本建設的需要而形成的自己一套獨立坐標系統[1]。在實際生產工作中，常存在90系轉80系，80系轉2 000國家大地坐標系等需求。對于遙感影像而言，數據量大，在坐標轉換過程中帶來硬盤空間不足，效率低下的問題。針對上述生產中的問題及天津市特定情況，本文以90系(1∶2 000)轉80系(1∶2 000)為例，介紹影像坐標轉換的一體化快速實現方法。

2 傳統坐標轉換方法

天津市地理位置約為東經116°42′～118°03′，其中央經線為117°，坐標轉換過程中不存在3°帶或6°帶跨帶問題。因各坐標系參數嚴格保密，為便于常規生產，一般是先獲取不同坐標系之間的數量相當的同名點對，根據多項式糾正實現影像坐標轉換。同名點對的獲取方法如下:分別在X方向和Y方向上每隔一定距離均勻生成標準點位，根據這些標準點位，從當地測繪主管部門生成不同坐標系之間的對應坐標點對。

以90系轉80系為例，目前各作業部門通常做法如下:

(1)在ERDAS軟件中拼接90系影像；

(2)將拼接后的90系影像采用二次多項式方法糾正到80系；

(3)對糾正后的80系影像分幅編號。

在以上步驟中，存在以下問題:若數據量過大，拼接后的90系影像和糾正得到的80系影像占用大量磁盤空間；拼接影像耗時過長，且這一過程屬于不必要時間；采用分步操作，作業員需要人工干預過多，不符合一體化數據處理思想。

3 一體化坐標轉換方法

因90系和80系具有標準的分幅編號，根據地理坐標可以找到相應的圖幅編號，根據圖幅編號同樣可以找到對應像素的地理坐標，兩種坐標系1∶2 000的分幅方式定義如下:

90系1∶2 000分幅方法:采用40 cm×50 cm矩形分幅，圖號采用天津市地形圖系列編號辦法，即每幅1∶10 000圖分為25幅1∶2 000圖，編號在1∶10 000圖幅號后由1～25順序編排，如300-95-2[1]。

80系1∶2 000分幅方法:采用50 cm×50 cm分幅方式，四角點按整千米數進行分幅。地形圖編號采用圖廓西南角坐標千米數編號法，北方向坐標在前，東方向坐標在后，取至1 km(如4345-543)，如圖1所示。

圖1 分幅方式說明

提出一體化坐標轉換思路方法后，通常想到的做法如圖2所示，即對于給定的80系影像編號，遍歷其每一個像素，根據其地理坐標及坐標轉換二次多項式系數計算相應的90系坐標，判斷該點位于哪一幅90系影像，打開該影像并通過雙線性內插計算該點的像素值。

圖2 坐標轉換的通常方法

上述方法存在問題如下:在圖2中第三步計算該坐標位于90系影像的分幅編號名稱，并打開對應影像，對于每一個像素都需要進行上述操作，即頻繁打開并關閉影像，嚴重影響數據處理效率。對于得到一副1∶2 000圖80系影像，其計算時間長達半個多小時。為減少影像打開次數，提高數據處理效率，其改進后的坐標轉換一體化數據處理流程如圖3所示。

圖3 影像坐標轉換一體化數據處理流程

首先，預先建立與影像像幅大小一樣的標志數組，并初始化為0；逐一遍歷80系影像，判斷該處標志數組是否為0，如果為0則根據其地理坐標計算相應的90系影像坐標，并計算該坐標所處的90系影像分幅編號名稱，打開該90系影像；為防止頻繁打開該90系影像，需要找到與該90系影像相關的所有像素，因此，再次遍歷80系影像的每一個像素，如果標志數組相應位置為0，則根據其地理坐標計算相應的90系坐標，如果該坐標位于已經打開的90系影像，則通過雙線性內插[2]計算該處像素值，并將標志數組相應位置置為1。上述流程涉及關鍵技術如下:

(1)影像坐標轉換的仿射變換系數計算

因為天津市面積相對較小，坐標轉換過程中不存在跨帶問題，因此80系和90系之間的轉換可以近似看作為平移、縮放、旋轉、仿射、偏扭、彎曲等基本形變的合成，可以用以下多項式表達[3，4]。

上式多項式系數的計算根據一定數量的同名點對通過最小二乘法[5]計算得到。

(2)90系圖幅號與坐標之間的轉換①已知圖幅號計算其左下角坐標

已知90系1∶2 000圖的編號為y10000-x10000-index，則其所在圖幅的左下角坐標計算如下: xGeo=x10000+[(index-1)%5]×1000；yGeo=y10000+[4-(index-1)/5]×800；②已知坐標計算其所在圖幅號

已知某點地理坐標為(xGeo，yGeo)，求在90系1∶2 000圖的編號y10000-x10000-index，用偽代碼表示過程如下:

index=int(xGeo/1 000)；

x10 000=index-index%5；

index=int(yGeo/1 000)；

y10 000=index-index%4；

int yID=5-int((yGeo-y10 000?1 000))/800；

int xID=int((xGeo-x10 000?1 000))/1 000+1；

index=(yID-1)?5+xID；

4 結 語

本文對上述流程總結并通過程序實現，目前已經應用于實際生產中。坐標轉換之后的影像位置與ERDAS糾正之后的影像位置完全吻合。對于20 000幅DOM，采用常規作業方法，由于需要人工干預，且對硬盤空間需求較大，從90系轉到80系需要將近1個月的時間。采用本文提出的方法，其過程是全自動化，中間不需要任何人工干預，其數據處理時間約60 h，有效減少了數據處理時間，提高了整個作業效率。

由于天津市是一個直轄市，其區域面積相對各省面積小很多，且不存在3°帶或6°帶跨帶問題，因此采用二次多項式糾正進行坐標轉換能夠保證其精度。

[1] 天津市測繪院.天津市基礎地理信息要素數據字典[R]. 2011.

[2] 岡薩雷斯.數字圖像處理(第二版)[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 張劍清，潘勵，王樹根.攝影測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

[4] 張祖勛，張劍清.數字攝影測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2007.

[5] 武漢大學測繪學院.誤差理論與測量平差基礎[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

The Research on Integrated Processing of Coordinate Transformation

Zhang Xiaodong，Wu Zhengpeng，Chen Chu，Wang Lin
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 100381，China)

In the practicalwork，there is a demand for the transformation of different coordinate systems..However，there are some redundant results in the traditional data processing which affects the processing efficiency.Aiming at the specific situation of Tianjin，the integrated processing of coordinate transformation is put forward in order to improve the efficiency and reduce the demand for the hard disk space.

Coordinate transform；Polynomial rectification；Integration

1672-8262(2013)02-116-02

P226+.3

A

2012—07—11

張曉東(1968—)，男，高級工程師，主要從事有關航空航天攝影測量工作。