روش های Transformation در نرم افزار Didge

دانلود و نصب نرم افزار Didger

نرم افزار Didger یکی از بسته های نرم افزاری مجموعه نرم افزاری Golden Software است که پوشش دهندة سیستم اطلاعات جغرافیایی است و بخش مربوط به تصحیح مکانی و یا ژئورفرنس لایه ها و نقشه را بر عهده دارد. برای دانلود و ملاحظه نحوه نصب این نرم افزار به لینک زیر مراجعه کنید:

دانلود و آموزش نحوه نصب نرم افزار Didger

آشنایی اولیه با نرم افزار Didger

برای آشنایی اولیه با نرم افزار Didger و آشنایی با امکانات کلی این نرم افزار می توانید به صفحه ای که در لینک زیر قرار داده شده است مراجعه کنید.

برای آشنایی اولیه با نرم افزار Didger کلیک کنید

به طور کلی روش هایی که برای ترانسفورم مختصاتی از فضای تصویر به فضای نقشه مورد استفاده قرار می گیرد و به نام روش های Wrapping Method و یا Transformation Method نامیده می شوند، دارای کاربردهای مختلفی هستند که البته یکی از اصلی ترین کاربردهای آنها در سیستم اطلاعات جغرافیایی، مربوط به بخش زمین مرجع نمودن لایه ها و نقشه ها است. در نتیجه هنگام زمین مرجع نمودن لایه ها و نقشه ها نیاز با انتخاب یک روش تبدیل یا تغییر مختصات از فضای تصویر به فضای نقشه هستیم.

آموزش نحوه ژئورفرنس یا زمین مرجع نمودن لایه ها و نقشه ها در نرم افزار Didger

برای آشنایی با روش کاربردی زمین مرجع نمودن لایه ها در نرم افزار Didger و استفاده کاربردی از روش های ترانسفورم در حین عملیات Image Registration می توانید به صفحه زیر مراجعه کنید.

برای آموزش رایگان نحوه ژئورفرنس نمودن لایه ها و نقشه ها در نرم افزار Didger کلیک کنید

در این نوشته هدف آشنایی با روشها و متدهایی است که در نرم افزار Didger در بخش تصحیح مختصاتی یا ژئورفرنس مورد استفاده قرار میگیرد تا فضای مختصاتی لایه ها را از فضای مختصاتی تصویر به فضای مختصاتی نقشه تبدیل نموده تا این طریق توجیه مکانی لایه ها و نقشه امکان پذیر گردد.

چرا باید لایه ها و نقشه ها را زمین مرجع نمود ؟

به طور کلی در سیستم اطلاعات جغرافیایی تمامی لایه ها و نقشه ها بایستی دارای سیستم مختصات واقعی و جهانی باشند مگر در موارد بسیار نادر و خاص بسته به نیاز یا الزام خاص و موردی در یک پروژه مشخص. اینکه سیستم های مختصاتی لایه ها و نقشه هایی که در سیستم اطلاعات جغرافیایی و همچنین سامانه های سنجش از دوری مورد استفاده قرار می دهیم، یکسان باشد امکانات بسیاری در اختیار ما قرار خواهد داد. مهم ترین امکانی که در این زمینه در اختیاز ما قرار خواهد گرفت امکان تلفیق و ترکیب لایه ها و نقشه ها است. یعنی ما به سادگی خواهیم توانست نقشه ها و لایه های مختلف از منابع مختلف که البته مربوط به ی منطقه مشخص هستند را با یکدیگر ترکیب نمود و یا آنکه همزمان نمایش داد و به طور کلی با ترکیب برخی از لایه ها، نقشه های موضوعی مختلفی تهیه نمود. علاوه بر نمایش و کارتوگرافی در بخش ویرایش لایه ها در بخش مربوط به تحلیل های مکانی، محاسبات هندسی (مانند طول، محیط، مساحت، جهت) و بسیاری مواقع دیگر نیاز به زمین مرجع نمودن لایه ها خواهیم داشت.

آشنایی با روشهای Transformation در نرم افزار Didger

در نرم افزار Didger روش های مختلفی برای ترانسفورم یا تبدیل یا تغییر شکل از فضای مختصاتی تصویر به فضای مختصاتی نقشه در حین عملیات ژئورفرنس نقشه ها و لایه ها در دسترس وجود دارد. شکل زیر مجموعه این روش ها را نشان می دهد. در ادامه این مطلب به توضیح بیشتری در مورد هر یک می پردازیم.

قبل از اینکه به توضیحات بیشتری در مورد روش های Transformation یا Wrapping Method در نرم افزار Didger بپردازیم، لازم به ذکر است که لیست این روش ها در نرم افزار Didger در پنجره Image Registration and Warping به طوری که در شکل زیر مشاهده می شود، قرار دارد. متناسب با تعداد نقاط کنترلی که به نقشه اضافه کنید لیست روش ها تکمیل می گردد و نهایتاً به 10 روش مختلف خواهد رسید. در ادامه به توضیح در مورد هر یک خواهیم پرداخت.

1- روش ترانسفورم مختصاتی Affine Polynomial

رایج ترین روش ترانسفورم در میان روش های موجود روش Affine Transformation می باشد. روش Affine Transformation یک زیر شاخه ای از روش Bi-linear Interpolation می باشد. روش ترانسفورم Bi-linear چرخش، جا به جایی، و تغییرمقیاس در جهات طولی و عرضی را پشتیبانی می کند. در این روش متعامد بودن خطوط X و Y می تواند تغییر کند ولی خطوط موازی همچنان موازی خواهند بود. تبدیل Affine polynomial یک مربع را به متوازی الاضلاع تبدیل می کند و یا دایره را به بیضی تبدیل می کند، به طوری که شکل و جهت قرارگیری آن با فرم اولیه یکسان است. نتایجی که از روش ترانسفورم Affine به دست می آید، شاید به خوبی نتایجی که از روش Polynomial درجه بالا نباشد. حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز برای اجرای این روش، 3 نقطه کنترل زمینی است. در حالی که برای محاسبه خطای RMS نیاز به حداقل 4 نقطه کنترل زمینی است. در نتیجه هنگام استفاده از این روش در صورتی که نیاز به برآورد خطای RMS داشته باشید. بایستی از چهار نقطه کنترل استفاده کنید. در شکل گرافیکی زیر تغییر شکلی که یک مبدل Affine Polynomial بر روی یک شبکه متعامد ایجاد می کند نشان داده شده است:

2- روش ترانسفورم مختصاتی First Order Polynomial

در روش ترانسفورم First order Polynomial فواصل مساوی بین نقاط در امتداد یک خط حفظ می گردد اما در امتداد خطوط اریب یا قطری اینگونه نیست. حداقل تعداد نقاط کنترل زمینی مورد نیاز 4 نقطه کنترلی یا GCPs می باشد. در شکل زیر تغییر شکلی که یا مبدل First Order Polynomial بر روی یک شبکه متعامد ایجاد می کند.

3- روش ترانسفورم مختصاتی Second order Polynomial

حداقل تعداد نقاط کنترل زمینی مورد نیاز برای اجرای روش Second Order Polynomial شش نقطه کنترلی می باشد. در شکل زیر تغییر شکلی که در مبدل Second Order Polynomial امکان پذیر است بر روی یک شبکه متعامد نشان داده شده است. در این روش امکان ایجاد انحنا در شبکه رستری را فراهم نموده و در نتیجه در مواقعی که نیاز به پیچش و انحنا علاوه بر چرخش و جا به جایی و تغییر مقیاس، نیاز باشد می توان از این روش استفاده نمود.

4- روش ترانسفورم مختصاتی Third Order Polynomial

حداقل تعداد نقاط کنترلی برای اجرای روش Third Order Polynomial یا چند جمله ای درجه سوم، 10 نقطه کنترلی یا GCPs است. در شکل گرافیکی زیر، انحنایی که یک مبدل چند جمله ای درجه سوم بر روی یک شبکه متعامد می تواند ایجاد کند، نشان داده شده است. به طوری که در این روش مشاهده می شود آزادی عمل بیشتری در ایجاد انحنا در این روش تغییر شکل وجود دارد. در مواقعی که انطباق ضعیفی بین نقاط کنترل زمینی و اطلاعات لایه ای که در حال زمین مرجع سازی است وجود داشته باشد، این روش گزینه مناسبی است. به طور کلی در صورتی که نقشه هایی از منابع اطلاعاتی مختلف که دارای دقت ترسیمی مختلف هستند و انطباق هندسی ضعیفی بین آنها وجود داشته باشد، این روش به عنون یک راهکار می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

5- روش ترانسفورم مختصاتی Thin Plate Spline

Radial basis functions شامل Thin Plate Spline، Natural Cubic Spline، Marcov Spline، Exponential Spline و Rational Quadratic Spline می شود. این روش ها برای تصحیح اعوجاجات محلی (Local) مناسب هستند. مقدار خطای RMS هنگام استفاده از Radial basis function اعلام نمی گردد به دلیل آنکه این روش ها از میانیابی دقیق یا Perfect Interpolator در موقعیت نقاط کنترل زمینی استفاده می کنند. حداقل تعداد نقاط کنترل زمینی مورد نیاز برای اجرای مبدلThin Plate Spline حداقل 4 نقطه کنترلی است. در شکل گرافیکی زیر نحوه تغییر شکل یک مبدل Thin Plate Spline را بر روی یک شبکه متعامد نشان می دهد.

6- روش ترانسفورم مختصاتی Natural Cubic Spline

یکی دیگر از توابع Radial basis functions می باشد. حداقل تعداد نقاط نترلی (GCPs) مورد نیاز اجرای این روش ترانسفورم 4 نقطه کنترلی است. به طوری که در مورد توابع Radial basis مطرح شد، این روش خطای RMS را به دلیل آنکه یک روش میانیابی دقیق بوده و دقیقاً از نقاط کنترل زمینی عبور می کند، گزارش نخواهد کرد. در شکل گرافیکی زیر نوع تغییر شکلی که یک مبدلNatural Cubic Spline بر روی یک شبکه متعامد ایجاد می کند نمایش داده شده است.

7- روش ترانسفورم مختصاتی Marcov Spline

یکی دیگر از توابع Radial Basis مبدل Marcov Spline می باشد. این روش نیز برای تصحیح اعوجاجات محلی مناسب است. خطای RMS به دلیل آنکه جزء روش های میانیابی دقیق طبقه بندی می گردد، در این روش گزارش داده نمی شود و حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز برای اجرای این روش استفاده از حداقل 4 نقطه کنترلی است.

8- روش ترانسفورم مختصاتی Exponential Spline

روش تغییر شکل Exponential Spline نیز جزء توابع Radial Basis می باشد که به نوعی از یک میانیابی دقیق بین نقاط کنترلی استفاده می کند و به همین دلیل خطای RMS گزارش نمی کند. این روش تغییر شکل از حداقل 4 نقطه کنترل زمینی (GCPs) استفاده می کند. نوع تغییر شکل حاصل از یک مبدل Exponential Spline به صورت گرافیکی بر روی یک شبکه متعامد در شکل زیر نشان داده شده است.

9- روش ترانسفورم مختصاتی Rational Quadratic Spline

این روش نیز جز توابع Radial Basis بوده و به دلیل آنکه یک نوع میانیاب دقیق است خطای RMS را گزارش نمی دهد. این روش نیز برای تصحیح خطاهای محلی مناسب است و حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز در این روش 4 نقطه کنترلی است.

10- روش ترانسفورم مختصاتی Inverse Distance Squared

روش تغییر شکل Inverse Distance Square یک روش Inverse Distance to a power Method است. این روش نیز برای تصحیح اعوجاجات محلی مناسب بوده و کاربرد دارد. حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز برای اجرای این روش 4 نقطه کنترلی است. در شکل گرافیکی زیر نوع تغییر شکل حاصل از یک مبدل Inverse Distance Square بر روی یک شبکه متعامد نشان داده شده است.