第4章 遥感图像数字处理的基础知识
§4.2 遥感数字图像的存贮

  无论是直接由遥感传感器获取,还是由扫描设备将光学影像扫描而得,遥感数字图像总是按照一定的格式存贮在一定的介质上。这些介质包括磁带、磁盘和光盘。其中磁带也分为很多类型。为了便于管理及使用,遥感数据是按照某些特定的格式存贮的。下面分别进行介绍。

4.2.1 存贮介质

1、磁带

磁带是一种顺序存储介质,要读取磁带上特定位置的记录需要通过该点以前的全部记录数据,数据处理起来较慢,所以通常只将它作为数据存贮之用,处理时需将其存贮的数据读入磁盘或内存中进行处理。

遥感中常用的CCT磁带一般每卷的长度为731.52m,磁带宽12.7mm,厚0.05mm,磁道为9道,其中8位数据加1位奇偶校检位。

2、磁盘

磁盘是随机存储介质,因此一个完整的图像行是作为一个完整的记录存贮在磁盘的一个位置上,而组成一完整的图像的记录必须是邻接的。磁盘又有硬盘和软盘之分,磁盘的盘片是金属制成,存贮密度大,随机访问速度快;软盘的盘片为塑料制品,存贮容量较小,访问速度相对硬盘较慢。磁盘相对磁带来说,读取或存贮速度较快。可以快速地随机地在磁盘上定位一个记录,而不必像磁带必须顺序绕过该记录以前的数据。

3、光盘

光盘的特性与磁盘相似。但其存贮原理与磁盘不同。磁盘在盘片的表面涂有一层磁性材料,存贮时,按照数据的不同对磁盘表面的磁性物质进行不同程度的磁化。读取时,根据磁化的程度不同用不同的数据进行表达,这样完成了存贮和读取数据的工作。而光盘表面涂上一层反光材料,和用激光束对反光材料进行“蚀刻”,数据不同,“蚀刻”的程度也不一样,达到记录数据的目的,相反就可以进行数据的读取。

光盘也是随机存贮介质。访问数据的速度较快,另外它具有抗磁性,这一点比磁盘好。但其随温度的变化影响较大。现在主要用的是一种只读的称为CR-ROM的光盘,一盘容量为640M字节,也可用可擦写的光盘。

4.2.2 存贮格式

遥感数字图像必须以一定的格式存贮,才能有效果地进行分发和利用。遥感技术被应用以来,遥感数据采用过很多格式,后来Landsat Technical Working Group 提出了LTWG格式,即世界标准格式。从1982年以后包括陆地卫星、法国SPOT卫星等卫星遥感数据都采用了世界标准格式,目前世界各地遥感数据主要采用LTWG格式。

LTWG格式有BSQ(Band sequential)格式和BIL(Band Interleaved by Line)格式两种。下面分另介绍。

·BSQ格式

所谓BSQ格式即按波段记载数据文件,陆地卫星4.5号CCT的格式就是BSQ格式。在这种格式的CCT磁带中,每一个文件记载的是某一个波段的图像数据。如图4-8所示,其第一波段数据文件之前都有一个像属性文件,后面又有一个尾部文件,其具体格式内容见表4-1。

BSQ、BIL格式组成表4-1

文件

记录类型码①

字节②

记录个数

编码③

提要

文件名

记录名

磁带目录文件

0118

360

1

ASCII

二进制

给出CCT组合的内容,记录范围、格式

像属性文件

头部记录

0228

3596/5388

1

ASCII

二进制

给出识别以后数据的内容、格式

辅④

模拟数据记录

0448

3596/5388

2

ASCII

二进制

给出正确的图像列阵和卫星特征

与投影有关

的数据记录

0448

3596/5388

24/28⑤

ASCII

二进制

给出SOM及PS或UTM两者之一的投影校正

注释记录

3338

3596/5388

8

ASCII

二进制

给出所有印在标准胶片产品底部的字母数字资料以及图像周围的信号资料

图像数据文件

3558

3596/5388

4×2400

ASCII

二进制

给出图像数据及与之有关的校准数据和质量数据

尾部数据文件

3668

3596/5388

4/5⑥

ASCII

二进制

提供对图像数据进行数字增强时需要的数据

① 8表示该数为八进制数,如011为八进制,相当于十进制的9。

② 本栏中的A/B,A表示MSS的情况,B表示RBV的情况。

③ ASCII,美国信息交换标准码,用来表示存储在计算机存储器里并在计算机系统与有关设备之间进行交换的字符。

④ 辅助记录只存在于未经几何校正的CCT上(CCT-AM或CCT-AR)。

⑤ 24/28中,24为MSS的情况,28为RBV的情况。

⑥ 4/5中,4为LANDSAT-1,2情况,5为LANDSAT-3情况。

·BIL格式

BIL格式如图4-9所示,它是一种按照波段顺序交叉排列的遥感数据格式,BIL格式

与BSQ格式相似。

·其它格式

除了遥感专用的数字图像格式之外,还有其它类型的图像格式,在进行遥感图像处理时,往往需要在不同系统之间进行,所以对几种其它图像的格式的认识也是必需的。这里,我们主要介绍两种应用很广泛的图像格式。一种被称为TIFF格式,另一种与Windows操作系统密切相关的格式——BMP格式。

图4-8 BSQ格式图4-9 BIL格式

·TIFF格式

标签化图像文件格式(TIFF)是Aldus公司与微软公司合作开发的一个多用途可扩展的

用于存贮栅格图像的文件格式。TIFF不仅能很好地处理黑白、灰度、彩色图像,而且还支持对图像像素值的许多数据压缩方案。

TIFF用标签化字段保存信息。文件以一个文件头和至少一个图像文件目录(IFD)开始。

IFD中有许多12字节的目录索引项,每条索引都是一个标签化字段中的相关信息。它带有一个标签(标签是一个整型数值),一个膘示数据类型的常量,数据的长度和一个用来表示字段数据的位置与文件起始处之间的偏移的量。

如果字段数据⒒多于4字节,则将其直接放在目录索引项中。图4-10示出了TIFF文件的结构。

TIFF文件头占用8个字节,头两个字节控制着文件中剩下的所有数据的解释方式。这两个字节指示了文件中的字节顺序。其中“MM”和“II”分别表示Motorola或Intel字节顺序,Intel字节顺序按照从低到高位的顺序排序,而Motorala顺序按相反的顺序排序。

图4-10 TIFF文件结构

IFD的头两个字节给出目录中的索引项的数目。紧接着就是目录。每个目录索引项都是一个保存有与相应标签化字段有关的信息的12字节结构。IFD以一个4字节的值结束。该值为零表示最后一个IFD的结束,否则它就是指向另一个IFD的指针。

·BMP格式

由于现在很多的遥感图像处理系统是基于Windows操作系统的。而Windows把BMP作为其图像的标准格式,并且内含了一套支持BMP图像处理的API函数,所以我们有必要对BMP图像格式进行分析。

BMP格式一般由两大部分组成:文件头和实际图像信息。其结构如图4-11所示。

位图文件头结构BITMAPFILEHEADER

位图信息头结构BITMAPINFOHEADER

位图颜色表RGBQUAD

位图像素数据

图4-11 BMP文件结构

各个结构定义分别如下:

a. 位图文件头结构

type struct tag BITMAPFILEHEADER

{

UINT bfType;文件类型标识,应该是“BM”对应的数值

DWORD bfSize;整个文件的长度,以字节为单位

UINT bfReserved1;备用字段1

UINT bfReserved2;备用字段2

DWORD bfOffBits;文件头的长度

}BITMAPFILEHEADER;

b.位图信息头结构

Type struct tagBITMAPINFOHEADER

{

DWORD biSize;BITMAPINFOHEADER结构所需的字节

LONG biWidth;以像素为单位的位图宽度

LONG biHeight;以像素为单位的位图高度

WORD biPlanes;目标设备的彩色位面数,应为1

WORD biBitCount;每像素的位数,应是1,4,8或者24

DWORD biCompression;位图的压缩类型

DWORD biSizeImage;图像尺寸大小,一般置0

LONG biXPelsPerMeter;最佳目标设备水平分辨率

LONG biYPelsPerMeter;最佳目标设备垂直分辨率

DWORD biClrUsed;位图所用的颜色表中颜色索引数

DWORD biClrImportant;最重要的颜色索引数,如为0,则全部重要

}BITMAPINFOHEADER;

c.位图颜色表结构

Typedef struct tag RGBQUAD

{

BYTE rgbBlue;蓝色值

BYTE rgbGreen;绿色值

BYTE rgbRed;红色值

BYTE rgbReserved;备用字段

}RGBQUAD;

d.位图图像数据

在调色板信息之后,存储的是图像的实际数据,图像数据有压缩和不压缩两种情形。应该注意的是,位图图像数据存储与实际图像相反,是从底向上顺序逐行存放。

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