栅格数据可通过卫星影像、航空摄像机和扫描地图等多种来源获取。现代化的卫星影像和航空摄像机往往具有相对准确的位置信息，但可能需要在进行轻微调整后，才能与所有 GIS 数据对齐。扫描地图和历史数据中通常不包含空间参考信息。在这种情况下，您将需要使用准确的位置数据来使栅格数据对齐或将其地理配准到地图坐标系。地图坐标系通过地图投影（将弯曲的地球表面描绘到平面上的方法）来定义。
对栅格数据进行地理配准时，将使用地图坐标确定其位置并指定地图框的坐标系。通过对栅格数据进行地理配准，可将栅格数据与其他地理数据一起查看、查询和分析。您可以使用地理配准选项卡上的地理配准工具对任意栅格数据集进行地理配准。
一般来说，对数据进行地理配准需要四个步骤：
- 添加您希望与投影数据对齐的栅格数据集。
- 使用地理配准选项卡创建控制点，从而将栅格连接到地图中的已知位置
- 查看控制点和误差
- 如果对对齐满意，则保存地理配准结果。
使用控制点对齐栅格
通常，您会使用位于所需地图坐标系中的现有空间数据（目标数据，如地理配准的栅格或矢量要素类）对栅格数据进行地理配准。此过程包括识别一系列地面控制点（已知 x,y 坐标），以将栅格数据集的位置与空间参考数据的位置链接起来。控制点是在栅格数据集和实际坐标中可以精确识别的位置。许多不同类型的要素都可以用作可识别位置，如道路或河流交叉点、小溪口、岩石露头、土地的堤坝尽头、已建成场地的一角、街道拐角或者两个灌木篱墙的交叉点。
控制点可与变换结合使用，以将栅格数据集从现有位置平移和扭曲到空间正确的位置。栅格数据集上的控制点（起点）与相应的对齐目标数据控制点（终点）之间的连接是一个控制点对。
需要创建的链接数量取决于计划使用的变换的复杂程度，此变换用于将栅格数据集变换到地图坐标。不过，添加更多的链接并不一定会获得更好的配准效果。如有条件，应该在整个栅格数据集中散布链接，而不是将它们集中在某一个区域中。通常，使栅格数据集的每个角点附近具有至少一个链接且内部也具有几条链接，这样可以收到最好的效果。
一般来说，栅格数据集和目标数据之间的重叠部分越大，对齐效果越好，因为可以在更广阔的范围内设定控制点来对栅格数据集进行地理配准。例如，如果目标数据仅占栅格数据集覆盖区域的四分之一，则用于对齐栅格数据集的点将限制在此重叠区域中。因此，重叠区域之外的区域很可能无法正确对齐。请记住，地理配准后的数据仅与对齐后的数据一样精确。要使误差最小，应该根据需要在最高分辨率和最大比例下对数据进行地理配准。
变换栅格
如果已创建足够的控制点，则可将栅格数据集变换至目标数据的地图坐标。可选择使用多项式变换、样条函数变换、纠正变换、投影变换或相似变换等多个类型的变换，为栅格中的每个像元确定正确的地图坐标位置。
多项式变换使用最小二乘拟合 (LSF) 算法和控制点构建的多项式。它在全局精度方面得到优化，但并不保证局部精度。多项式变换会用到两个公式：一个用于为输入的 (x,y) 位置计算输出的 x 坐标，另一个用于为输入的 (x,y) 位置计算 y 坐标。最小二乘拟合算法的目标是获得可适用于所有点的通用公式，这通常以控制点的位置发生轻微移动为代价。此方法所需的非相关控制点数量必须为：零阶平移 1 个，一阶仿射变换 3 个，二阶变换 6 个和三阶变换 10 个。较低阶多项式容易出现随机型误差，而较高阶多项式容易出现外推误差。
零阶多项式用于平移数据。当数据已进行地理配准但通过微小的平移可以更好的排列数据时，通常使用该多项式。执行零阶多项式平移只需要一个控制点。最佳方法可能是创建一些控制点，然后选择看似最准确的控制点。
一阶多项式变换常用于对影像进行地理配准。使用一阶（或仿射）变换来平移、缩放和旋转栅格数据集。这通常会在栅格数据集上得到直线，这些直线在扭曲的栅格数据集中映射为直线。因此，栅格数据集上的正方形和矩形通常会变为具有任意比例和角度方向的平行四边形。以下等式使用仿射（一阶）多项式变换对栅格数据集进行变换。可看到六个参数定义如何将栅格的行和列变换至地图坐标的变换方法。
通过使用最少三个控制点，采用一阶变换的数学方程可将每个栅格点准确映射至目标位置。任意三个以上的控制点会都产生误差或残差，它们会遍布在所有的控制点上。不过，应该添加三个以上的控制点，因为如果某一个控制点的定位不准确，就会对变换造成更大的影响。所以，即使在创建更多链接时会产生更多的数学变换误差，变换的总体精度还是会提高。
变换的阶次越高，可校正的畸变就越复杂。不过，极少会需要三阶以上的变换。高阶变换需要更多的链接，因此处理时间将逐渐增多。一般来说，如果栅格数据集需要进行拉伸、缩放和旋转，请使用一阶变换。而如果必须弯曲栅格数据集，请使用二阶或三阶变换。
校正变换对全局 LSF 和局部精度都进行优化。它基于结合多项式变换和不规则三角网 (TIN) 插值技术的算法而构建。校正变换可使用两组控制点执行多项式变换，并使用 TIN 插值技术来局部校正控制点以与目标控制点更好地匹配。校正至少需要 3 个控制点。
相似变换是尝试保留原始栅格形状的一阶变换。因为形状的保留要比最佳拟合更重要，所以相似变换的 RMS 误差通常要比其他多项式变换更大。相似至少需要 3 个控制点。
投影变换能够扭曲线，以使它们保持平直。进行变换时，之前平行的线可能不再保持平行。投影变换尤其适用于倾斜的影像、扫描的地图和一些影像产品，如 Landsat 和 Digital Globe。执行投影变换至少需要四个链接。只使用四个链接时，RMS 误差为零。使用更多的点时，RMS 误差会略高于零。投影至少需要四个控制点。
样条函数变换实际上是一种橡皮页变换方法，并对局部精度（而非全局精度）进行优化。它基于样条函数，这是一种可维护相邻多项式之间的连续性和平滑度的分段多项式。样条函数可将源控制点准确地变换至目标控制点；但不能保证距控制点的像素距离是准确的。当控制点很重要并且需要进行精确配准的时候就会用到此变换。添加更多的控制点会提高样条函数变换的总体精度。样条函数至少需要 10 个控制点。
对均方根误差进行插值
当获得通用公式并将其应用到控制点后，会返回残差的测量值。误差就是起点所落到的位置与指定的实际位置之间的差。通过利用所有残差的均方根 (RMS) 总和计算 RMS 误差，再利用 RMS 误差计算得到总误差。此值可描述变换在不同控制点之间的一致程度。当误差非常大时，可通过先移除控制点再添加控制点来校正误差。
尽管 RMS 误差是评估变换精度的一种重要依据，但是不能将低 RMS 误差与精确配准相混淆。例如，变换可能因为输入的控制点较少而仍包含显著的误差。同等质量的控制点使用得越多，多项式就可越精确地将输入数据转换到输出坐标。通常，校正变换和样条函数变换可以使 RMS 接近于零；不过，这并不意味着影像将得到完美的地理配准。
正向残差以与数据框空间参考相同的单位显示误差。反向残差以像素为单位显示误差。正向残差 - 反向残差是以像素为单位来测量精度的接近程度。残差越接近零，精度就越高。
保留地理配准信息
通过使用地理配准选项卡上的保存到新建命令或使用扭曲工具，可在地理配准栅格数据集之后对其进行永久性变换。还可以在辅助文件中使用地理配准选项卡上的保存命令来存储变换信息。
保存到新建或扭曲地理处理工具将创建使用地图坐标和空间参考进行地理配准的新栅格数据集。ArcGIS 并不要求对要与其他空间数据一同显示的栅格数据集进行永久性变换；不过，如果计划对其进行分析或要将其用于不会识别坐标文件中创建的外部地理配准信息的其他软件包，则应该进行永久性转换。
保存地理配准将在外部文件中存储变换信息 - 如果永久性变换栅格数据集，则不会创建新栅格数据集。对于基于文件（如 TIFF）的栅格数据集，通常会将变换存储在带有 .aux.xml 扩展名的外部 XML 文件中。如果栅格数据集是原始影像（如 BMP）且变换属于仿射变换，则会将其写入到坐标文件。对于地理数据库中的栅格数据集，“保存”将地理数据变换存储到栅格数据集的内部辅助文件。