基于NASAWorldWind的GeoTIFF影像显示方案研究

收稿日期:2008-12-23;修回日期:2009-03-12。

基金项目:国家863计划项目(2007AA 04Z148);河南省科技厅重点科技攻关项目(0721022100)。

作者简介:潘伟(1984-),男,山东菏泽人,硕士研究生,主要研究方向:空间数据处理; 郑逢斌(1963-),男,河南信阳人,教授,博士,主要研究方向:空间数据处理、自然语言理解; 乔保军(1976-),男,河南焦作人,副教授,博士,主要研究方向:空间数据; 徐辉(1985-),男,河南商丘人,硕士研究生,主要研究方向:空间数据处理; 刘定一(1982-),男,河南信阳人,硕士研究生,主要研究方向:空间数据处理。

文章编号:1001-9081(2009)06-1745-03

基于NASA W orldW i nd 的GeoTI FF 影像显示方案研究

潘 伟

1,2,3

,郑逢斌1,乔保军

1,2,3

,徐 辉

1,2,3

,刘定一

1

(1.河南大学数据与知识工程研究所,河南开封475001; 2.中国科学院遥感应用研究所,北京100101;

3.国家航天局航天遥感论证中心,北京100101)

(190887736@qq .co m )

摘 要:鉴于遥感影像G eoT I FF 研究过程中对地理信息的需求,提出了基于W or l d W i nd 的G eoT I FF 显示方案。

在对W orldW ind 分层显示进行深入研究的基础上,采用添加G eoT IFF 图层的方式显示影像数据和设置影像alpha 值的方式透视影像覆盖区域的地表特征。实验证明该方案能够快速地显示G eoT IFF 影像,能方便地查看G eoT IFF 覆盖区域的地表特征。

关键词:W or l d W i nd ;G eoT IFF;影像显示;Java 三层架构中图分类号:T P317.4 文献标志码:A

Solution for G eoT IFF display base on NAS A W orldW i nd

P AN W e i

1,2,3

,Z H E NG Feng -bin 1,Q I A O B ao -jun

1,2,3

,XU H ui

1,2,3

,L I U D i n g -y i

1

(1.In stit u te of D ata and K n o w le dg e E ng ineeri ng,H enan Un i v e rsit y,K a i fe ng H enan 476001,Ch ina ;

2.Instit u te o f R e m ote Sensi ng App lic a tions ,C hinese Acad e my o f S ciences ,B eiji ng 100101,Ch i na ;

3.De m onstra ti on Cen t er for Spa ce born e R e mote S e n sing,Na tional Space Adm i n ist ra tion,B eiji ng 100101,Ch ina )

Abstract :In v i ew of t he de m and of geograph i c i nfor mati on i n t he st udy ,so l ution f or G eoT IFF displ ay base on NASA W or l d

W i nd was proposed .On t he basis o f deta iledly st udy i ng ,theW orldW i nd p s layers display ,the perspecti ve of t he earth p s surface have been obta i ned by add i ng GeoT I FF -layer i nto W orldW i nd p s layers and modify i ng the di aphane it y of GeoT I FF m i age w ith alpha va l ue .Experm i ental res u lts show t hat the so l uti on can displ ay GeoT I FF qu i ckl y and achi eve the eart h p s surf ace conven i entl y .

K ey words :W o rl d W i nd ;G eoT I FF;i m age display ;Java three -layer arch itect ure

0 引言

遥感影像的浏览通常是通过ENV I(The Env iron m ent for

V isuali z i ng I m ag es)实现的。ENV I 作为美国I TT 公司的旗舰产品,是采用I DL 开发的一套功能强大的遥感图像处理软件。它提供先进的、人性化的使用工具,方便用户读取、准备、探测、分析和共享影像中的信息。但是ENV I 没有提供基于数字地球的遥感影像分析功能,而基于数字地球的遥感影像显示可以极大地方便遥感影像的解读。NA S A W o rl d W i nd 是一款由美国宇航局(NA SA )开发的三维地理信息系统,它既是一款可以为公众提供动态科学数据的浏览器,也可以作为一个对陆地、海洋、天空和宇宙进行任务操作的平台。W o rl d W i nd 拥有将多种公开或专用地理数据聚合的功能,它不但可以提供NA S A 自身的数据,还可以提供从其他政府部门、行业和普通大众中得到的数据。如何充分利用NA SA 提供的海量数据,基于W or l d W i nd 平台显示本地数据成为需要解决的问题。

本文提出基于NA S A W or l dW i nd 的G eoT IFF 遥感影像显示方案,不但可以快速解决遥感影像浏览问题,还可以根据需要设置遥感影像的a l pha 值,浏览影像所覆盖的地形地貌、行政区域。

1 NASA W orldW ind 与GEOT I FFf 介绍

1.1 NA S A W o rl d W i nd 介绍

NA S A W o rl d W i nd 是一款基于OPENGL 的三维可视化地

理信息系统,它的可视化技术具有极强的可扩展性和再创造性。W orld W i nd 从NA S A 下载地名数据、DE M 数据、地表纹理图像以图层的形式显示在数字地球上。开发者可以创造性地使用这些数据,来开发满足特定需求的软件系统。1.2 G eoT IFF 介绍

G eoT iff 格式是在T iff 格式基础上演变而来的。由于各机构的扩展方案不同,在信息交换过程中T iff 格式依然会出现许多麻烦。在这种背景下,G eoT I FF (G eog raph ic T agged I mage F ile F or m at )标准应运而生。虽然仍然是一种以tif 为后缀的文件格式,但是它是对T I FF 格式的改进。G eoT IFF 继承了在T IFF6.0的所有规范,同时补充了T IFF 格式没有的地理编码功能。G eoT iff 包含图像信息和空间信息两大部分。

2 基于W orld W ind 的G eoT I FF 遥感影像显

示2.1 方案架构设计

基于W o rld W i nd 的G eoT IFF 遥感影像显示方案采用三层架构设计:用户界面层、业务逻辑层和数据层。用户界面层包括显示操作界面、数字地球及影像数据,业务层包括读取和处理遥感数据,数据层包括提供DE M 和遥感影像等数据。系统架构如图1所示。2.2 G eoT IFF 显示算法设计

G eoT IFF 包含3中坐标空间:栅格空间(R aster Space)、设备空间(D ev ice Space)和模型空间(M odel Space)。栅格空间和坐标空间已在T IFF 6.0标准中已经定义,为了支持影像和

第29卷第6期

2009年6月

计算机应用

Journa l o f Co m puter App lications

V o.l 29No .6June 2009

DEM 数据的存储,G eoT IFF 又将栅格空间细分为描述/面像元0和/点像元0两类坐标系统;设备空间通常在数据输入/输出时发挥作用与G eoT IFF f 的解析无关;模型空间是G eoT IFF 引入的坐标空间,

用来描述数据对应的地理位置。

图1 系统架构

2.2.1 地理信息获取

栅格坐标和模型坐标之间的对应关系是非线性的。栅格空间和模型空间仅仅存在简单的放缩、平移关系,对于二维影像而言,可用下式描述空间的变换(用齐次坐标表示):

X Y Z 1=

a b 0

d e f

0h

00

000001I J

K

1=M #

I

J K

1单独使用M ode l T ransfor m a tion T ag(变换矩阵)或者联合使用M ode l T iepo i nt T ag (控制点)和M ode l P ixelSca le T ag (像元比例)均可以描述栅格空间到模型空间的对应关系,再加上G eoD oubleP ara m s T ag(双精度参数)、G eo A sc ii P aram s T ag (A SC II 参数)和G eo K eyD irec t o ryT

ag(地理信息目录)提供的信息,就可以得到模型空间的点对应的实际地理位置。坐标空间转换关系如图2所示。

图2 坐标转换关系

G eoT IFF 的扩展方案中包含6个地理标签。

M ode l T ransf o r m ati on T ag :包含16个双精度型字段,保存了M 矩阵的各个元素。

M ode l P ixe l Sca le T ag :包含6的整数倍个双精度字段,记录了控制点的栅格坐标和模型坐标。

M ode l P ixa l Sca le T aga l og :含有3个双精度型字段,存放栅格空间中某点在模型空间的缩放比例。

G eoDoublePa ram s T ag :代表G eoT iff 定义的一种数据类型,用来存储双精度类型的地理键。

G eo A sc ii P aram s T ag:用来存储字符型的地理键。G eo K eyD irce toryT ag :分为表头和记录,表头用于存放版本信息;记录用于表示地理键所存放的标签。2.2.2 图像信息的获取

T I FF 图像文件结构包括头文件(I m age F ile H eade r ,I FH )、图像文件目录(I mage F ile D irectory ,IFD )和图像数据区。每一个文件只能有一个文件头,但允许有多个文件目录和多个图像数据区;每一个IFD 和一个图像数据区对应一副图像,IFD 包含每一副图像的一些基本信息以及各种数据在文件中的位置,因此一个T IFF 可以存储多幅图像。T I FF 文件结构如图3所示。

图3 T iff 文件结构

IFH 包含8个字节:By tes0~1:是字节顺序位,其值位/II 0(4949.H )表示低字节在前,高字节在后,/MM 0(4D 4D .H )表示高字节在前,低字节在后;Bytes3~4:T IFF 的标志,其值为42;By tes5~8:偏移量指向第一个IFD 。一个I FD 头两个字节表明本IFD 所含有的DE (D irectory Entry)的个数(最大值是0x ffff),接下来的一串DE ,每个DE 占用12个字节,在最后一个DE 的后面接一个4By te 的offse t ,来指示下一个IFD 的位置,如果本IFD 是最后一个IFD,则这4By te 为0x00000000;DE 包含12个字节;By tes0~1:存放的是关于该图片的某一属性的名称;By tes2~3:表示存放属性所用的物理单元;Bytes4~7:表示这个属性用到的物理单元个数;Bytes8~11:表示如果该属性的值所需要占用的空间如果在4个字节以内,该域就直接存放这个属性的值;如果该属性的值所需要占用的空间超过4个字节,则该域存放指示存放这个属性值的偏移量。

2.2.3 图层显示

W or l d W ind 根据不同的内容创建不同的层,每一层都包含显示界面上所显示的一个或若干个图像。G eoT I FF 显示,首先创建一个G eoT IFF 层,其次读取G eoT IFF 遥感影像的经纬度范围,在G eoT IFF 层创建符合G eoT IFF 影像经纬度范围的扇区,然后把G eoT IFF 图像显示在扇区区域内,最后把G eoT IFF 层添加到W orldW i nd 的层列表中。通过修改图层的a l pha 值,用户可以查看遥感应影像覆盖区域的地形、地貌和行政区域。G eoT IFF 影像显示流程如图4所示。

3 算法实现(用框图或文字步骤表示)

1)选择G eoT IFF 影像文件。

2)读取影像文件控制点,获取映像文件左上点经纬度。

3)获取影像文件宽度和高度,计算映像文件最大经纬度

1746 计算机应用第29卷

和最小经纬度。

4)创建G eoT IFF 层,根据最大经纬度和最小经纬度创建扇区。

5)读取G eoT IFF 影像信息,显示在扇区范围内。6)添加G eoT IFF 图层至W orldW i nd 图层列表中。7)重绘W or l d W ind 显示窗口。

8)通过设置影像的阿尔法通道来控制影像透明度,以便查看地形地貌、

行政区域。

图4 图层显示流程

4 结果

基于W or l d W i nd 的G eoT I FF 遥感影像显示方案运行结

果如图5、6所示。图5为系统没有添加G eoT I FF 影像。通过左边目录树,选择G eoT I FF 影像,双击该影像,G eoT IFF 显示在W o rl d W i nd 上(如图6所示)。通过控制左下方的滑块可以控制G eoT I FF 的透明度,以便查看影像覆盖的行政区域、地

表特征。

图5 未添加GeoTIFF 影像

5 结语

本文给出一种基于W o rl d W ind 的G eoT IFF 影像显示方

案。系统设计采用Java 三层架构,通过认真研究G eoT IFF 文件格式以及W o rldW i nd 显示机制,将二者有机结合形成基于W or l d W i nd 的G eoT I FF 显示方案。本方案允许用户设置G eoT IFF 影像透明度,以便查看图层覆盖的地理区域。本方案

还允许用户同时显示多幅G eoT IFF 影像,以便多幅影像对比。基于W or l d W i nd 的G eoT IFF 影像显示方案的研究,对开发我国具有自主知识产权的遥感影像处理系统具有一定的积极意

义。

图6 添加G eo T I FF 影像

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(上接第1730页)

4 结语

本文参考M TM 滤波算法和I M F 滤波算法,并结合压力分布检测的特点,提出了一种加入时间窗的自适应时空滤波窗体中心加权中值的加权均值滤波算法。该算法依据压力分布硬件数据采集频率调节时间窗的大小,同时对滤波窗口的中值采用窗体中心加权的中值算法,增强窗体中心的影响,提高了抗干扰能力,并在噪声密度较高时能自适应的扩大滤波窗体的大小,算法在压力分布分析软件的实际使用中,去噪滤波效果非常理想。参考文献:

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1747第6期潘伟等:基于NASA W orldW i n d 的G eo T I FF 影像显示方案研究