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紅外圖像源數據存儲格式

發布時間: 2023-02-18 14:41:25

① 數字圖像的存儲格式

遙感數據以磁帶、光碟等為存儲介質,由一個或多個文件組成,每個文件又以若干個記錄組成。記錄是作為一個單位來處理的一組相連的數據,分為物理記錄和邏輯記錄; 文件是由若干個邏輯記錄構成的在目的、形式和內容上彼此相似的信息項的集合。邏輯記錄的排列方式決定了文件的結構方式,加之不同的輔助說明信息而構成了不同的遙感數據格式。對於遙感數字圖像而言,它必須以一定的格式存儲,才能有效地進行分發和利用。

多波段圖像具有空間的位置和光譜的信息。多波段圖像的數據格式根據在二維空間的像元配置中如何存儲各種波段的信息可分為四類。

1. BSQ,BIL,BIP 格式

BSQ ( Band Sequential) 格式,又稱為波段序貫格式,在一個遙感數據文件內各像元DN 值相當於以 「波段」 為主要關鍵字、以 「行」 為次要關鍵字、以 「列」 ( 像元號) 為第三關鍵字對像元 DN 值進行排序存放。

BIL ( Band Interleaved by Line) 格式,又稱為波段行交叉格式,在一個遙感數據文件內各像元 DN 值相當於以 「行」為主要關鍵字、以 「波段」為次要關鍵字、以 「列」( 像元號) 為第三關鍵字對像元 DN 值進行排序存放。

BIP ( Band Interleaved by Pixels) 格式,又稱為波段像元交叉格式,在一個遙感數據文件內各像元 DN 值相當於以 「行」為主要關鍵字、以 「列」 ( 像元號) 為次要關鍵字、以 「波段」為第三關鍵字對像元 DN 值進行排序存放。

上述遙感數據基本格式具有不同的特點和適用范圍。BSQ 格式最適合於對單個波段的整個或部分圖像空間區域進行存儲和讀取等處理操作,如圖像對比度增強、平滑、銳化等; BIP 格式為圖像數據單個像元波譜特性的存儲與讀取提供最佳性能,如在最大似然比分類法、波段之間的加減乘除代數運算等亦宜採用該格式; BIL 方式具有以上兩種方式的中間特徵,提供了圖像空間和像元波譜處理之間的一種折中的方式,適用於以行 ( 圖像掃描行) 為單位的處理操作,如水平方向的線性影像特徵增強處理等。

2. Fast - L7A 格式

該格式是美國 EDC 在沿用了以往 Landsat 數據產品快速格式的基礎上而選用的記錄Landsat-7 / ETM + 數據的格式之一。Fast - L7A 格式的數據由 3 個頭文件及 8 個數據文件組成,3 個頭文件對應 Landsat-7 數據的三個波段組: 全色波段組、可見光及近紅外波段組、熱紅外波段組; 8 個數據文件對應 Landsat-7 數據的 8 個波段。

3 個頭文件中,每個頭文件包含 3 個 1536 位元組的記錄,分別是管理記錄、輻射記錄和幾何記錄,它們記錄了產品標識信息、圖像標識信息、輻射校正系數、地圖投影、地球模型、太陽高度角和方位角等圖像數據輔助信息。8 個數據文件中,每個文件僅含一個波段的數據而不含頭尾記錄,圖像數據按行順序排列,並以 8 bit 無符號整數表示。

3. GeoTIFF 格式

GeoTIFF 是包含地理信息的一種 TIFF 格式的文件。GeoTIFF 格式的數據由 1 個頭文件及相應的數據文件組成。其頭文件與 Fast - L7A 頭文件相似,8 個數據文件分別對應於Landsat-7 數據的 8 個波段數據。

4. HDF 格式

HDF ( Hierarchical Data Format,層次數據格式) 是由美國伊利諾伊大學 ( the Univer-sity of Illinois) 的國家超級計算應用中心 ( The National Center for Supercomputing Applica-tions,NCSA) 於 1987 年研製開發的一種軟體和函數庫,它使用 C 語言和 Fortran 語言編寫,是一種超文本文件格式,能夠存儲不同種類的科學數據,包括圖像、多維數組、指針及文本數據。HDF 格式還提供命令方式,分析現存 HDF 文件的結構,並即時顯示圖像內容。科學家可以用這種標准數據格式快速熟悉文件結構,擺脫不同數據格式之間相互轉換的繁瑣,而將更多的時間和精力用於數據管理和分析。目前,在國外各種衛星感測器上,已經廣泛使用了這種標准數據格式,如 Landsat-7,EOS - TERRA,EOS - AQUA 等。

在物理存儲結構上,一個 HDF 文件包括一個文件頭 ( File Header) ,一個或多個描述塊 ( Data Descriptor Block) ,若干個數據對象 ( Data Object) 。文件頭位於 HDF 文件的頭四個位元組,其內容為四個控制字元的 ASCII 碼值,四個控制字元為 N,C,S,A,可用於判斷一個文件是否為 HDF 文件格式。數據對象是 HDF 文件最基本的存儲元素,包括一個描述符和一個對應的數據元素。描述符長度為 12 個位元組,主要用來描述這個數據元素的數據類型、位置偏移量、數據元素位元組數。在實際的 HDF 文件中,描述符並不是和它對應的數據元素連在一起,而是把相關的許多描述符放在一起而構成一個描述塊,在這個塊的後面順序存儲了各個描述符所對應的數據元素。數據元素是數據對象中的裸數據部分,也就是數據本身,可以是字元、整數、浮點數、數組等。

1993 年美國航空航天局 ( NASA) 把 HDF 格式作為存儲和發布 EOS ( Earth Observa-tion System,對地觀測系統) 數據的標准格式,此後又在 HDF 標準的基礎上共同開發了一種專門化的 HDF 格式———HDF - EOS,專門用於處理各種 EOS 產品。HDF - EOS 使用標準的 HDF 數據類型定義了點、條帶、網格這三種特殊數據類型,並且引入了元數據( Metadata) ,簡化了空間數據的訪問過程,提高了科學研究和用戶對 EOS 數據的訪問速度。

遙感技術被應用以來,遙感數據採用過很多格式,以 Landsat-7 衛星的數據產品為例,該數據產品由美國地球觀測系統數據中心 ( EDC) 提供,按照產品處理級別可分為 三類,即 Level 0R,Level 1R 和 Level 1G。三種產品的定義如下 :

Level 0R: 未經輻射校正和系統級幾何校正的數據產品。

Level 1R: 經過輻射校正但未經系統級幾何校正的數據產品。

Level 1G: 經過輻射校正和系統級幾何校正的數據產品。

EDC 的各類產品所採用的數據格式共有三種,分別是 HDF,Fast - L7A 和 GeoTIFF,產品類型和數據格式之間的對應關系見表 4-1。

表 4-1 Landsat-7 數據產品類型及數據格式

在遙感數據中,除圖像信息以外還附帶有各種注記信息。這是提供數據結構在進行數據分發時,對存儲方式用注記信息的形式來說明所提供的格式。以往曾使用多種格式,但從 1982 年起逐漸以世界標准格式的形式進行分發。因為這種格式是由 Landsat TechnicalWorking Group 確定的,所以也稱 LTWG 格式。世界標准格式具有超結構 ( Super Struc-ture) 的構造,在它的描述符、文件指針、文件說明符的三種記錄中記有數據的記錄方法。其圖像數據部分為 BSQ 方式或 BIL 方式。

② 圖形圖像素材的存儲格式有哪些(大於五種)分別有何特點,用途

一、BMP圖像文件格式

BMP是一種與硬體設備無關的圖像文件格式,使用非常廣。它採用位映射存儲格式,除了圖像深度可選以外,不採用其他任何壓縮,
典型的BMP圖像文件由三部分組成:點陣圖文件頭數據結構,它包含BMP圖像文件的類型、顯示內容等信息;點陣圖信息數據結構,它包含有BMP圖像的寬、高、壓縮方法,以及定義顏色等信息。

二、 PCX圖像文件格式
PCX是最早支持彩色圖像的一種文件格式,現在最高可以支持256種彩色,如圖4-25所示,顯示256色的彩色圖像。PCX設計者很有眼光地超前引入了彩色圖像文件格式,使之成為現在非常流行的圖像文件格式。
PCX是PC機畫筆的圖像文件格式。PCX的圖像深度可選為l、4、8bit。由於這種文件格式出現較早,它不支持真彩色。PCX文件採用RLE行程編碼,文件體中存放的是壓縮後的圖像數據。因此,將採集到的圖像數據寫成PCX文件格式時,要對其進行RLE編碼:而讀取一個PCX文件時首先要對其進行RLE解碼,才能進一步顯示和處理。

三、TIFF圖像文件格式

TIFF(TaglmageFileFormat)圖像文件是由Als和Microsoft公司為桌上出版系統研製開發的一種較為通用的圖像文件格式。TIFF格式靈活易變,它又定義了四類不同的格式:TIFF-B適用於二值圖像:TIFF-G適用於黑白灰度圖像;TIFF-P適用於帶調色板的彩色圖像:TIFF-R適用於RGB真彩圖像。

TIFF是現存圖像文件格式中最復雜的一種,它具有擴展性、方便性、可改性,可以提供給IBMPC等環境中運行、圖像編輯程序。

四、 GIF文件格式

GIF(Graphics Interchange Format)的原義是「圖像互換格式」,是CompuServe公司在 1987年開發的圖像文件格式。GIF文件的數據,是一種基於LZW演算法的連續色調的無損壓縮格式。其壓縮率一般在50%左右,它不屬於任何應用程序。目前幾乎所有相關軟體都支持它,公共領域有大量的軟體在使用GIF圖像文件。

GIF解碼較快,因為採用隔行存放的GIF圖像,在邊解碼邊顯示的時候可分成四遍掃描。第一遍掃描雖然只顯示了整個圖像的八分之一,第二遍的掃描後也只顯示了1/4,但這已經把整幅圖像的概貌顯示出來了。在顯示GIF圖像時,隔行存放的圖像會給您感覺到它的顯示速度似乎要比其他圖像快一些,這是隔行存放的優點。

五、JPEG文件格式

JPEG是Joint Photographic Experts Group(聯合圖像專家組)的縮寫,文件後輟名為「.jpg」或「.jpeg」,是最常用的圖像文件格式,是一種有損壓縮格式,能夠將圖像壓縮在很小的儲存空間,圖像中重復或不重要的資料會被丟失,因此容易造成圖像數據的損傷。
JPEG格式的應用非常廣泛,特別是在網路和光碟讀物上,都能找到它的身影。目前各類瀏覽器均支持JPEG這種圖像格式,因為JPEG格式的文件尺寸較小,下載速度快。

六、TGA格式

TGA格式(Tagged Graphics)是由美國Truevision公司為其顯示卡開發的一種圖像文件格式,文件後綴為「.tga」,已被國際上的圖形、圖像工業所接受。TGA的結構比較簡單,屬於一種圖形、圖像數據的通用格式,在多媒體領域有很大影響,是計算機生成圖像向電視轉換的一種首選格式。

TGA圖像格式最大的特點是可以做出不規則形狀的圖形、圖像文件,一般圖形、圖像文件都為四方形,若需要有圓形、菱形甚至是縷空的圖像文件時,TGA可就派上用場了! TGA格式支持壓縮,使用不失真的壓縮演算法。

七、EXIF格式

EXIF的格式是1994年富士公司提倡的數碼相機圖像文件格式,其實與JPEG格式相同,區別是除保存圖像數據外,還能夠存儲攝影日期、使用光圈、快門、閃光燈數據等曝光資料和附帶信息以及小尺寸圖像。

八、 PSD文件格式

這是Photoshop圖像處理軟體的專用文件格式,文件擴展名是.psd,可以支持圖層、通道、蒙板和不同色彩模式的各種圖像特徵,是一種非壓縮的原始文件保存格式。掃描儀不能直接生成該種格式的文件。PSD文件有時容量會很大,但由於可以保留所有原始信息,在圖像處理中對於尚未製作完成的圖像,選用PSD格式保存是最佳的選擇。