CN101644764B - 一种适用于图像声纳系统的数据文件储存方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于图像声纳系统的数据文件储存方法，该方法创建的数据文件格式包括：文件信息存储格式、图像声纳图像信息的存储格式、地理坐标信息的存储格式、图像声纳时间信息的存储格式、图像声纳传感器信息的存储格式；图像声纳系统在工作过程中产生图像数据，数据文件存储时依次写入图像声纳图像信息数据、地理坐标信息数据、图像声纳时间信息数据、图像声纳传感器信息数据；并按照相应的数据文件格式完成数据存储。本发明数据文件储存方法，文件格式简单，可以集成图像数据、地理坐标信息、时间信息和传感器数据信息统一存储；采用图像块的方式，使此文件格式既可以实时存储图像声纳数据，也可以在后处理中存储多种类型声纳的图像数据。
Description
技术领域
本发明属于数据存储领域，特别涉及一种可应用于图像声纳系统的数据文件储存方法。
背景技术
图像声纳是进行水下测绘、水下环境和水下目标探测的重要工具。图像声纳系统在测绘过程中会产生大量的数据，这些数据以合适的方式存储对于图像声纳的后续应用有十分重要的意义。图像声纳生成的数据既有图像的特征，同时又附加了大量的其他信息(如地理坐标信息、时间信息、各种传感器信息等)，直接采用已有的图像数据存储格式(如BMP、JPEG、TIF等)并不能满足图像声纳数据存储的要求，因为诸如BMP、JPEG、TIF等图像文件格式都是针对光学栅格图像制定的。
目前，国际上有多家公司提出了图像声纳数据的存储格式(比如QMIPS或者XTF格式)。出于对各公司的商业利益的保护以及这些数据存储格式提出的初衷不同，这些图像声纳数据存储格式相互之间并不兼容，甚至有些图像声纳数据的存储格式并不公开。国内图像声纳的研究和生成没有形成产业化，大都处在样机阶段，从公开文献和报道看，国内还没有机构提出图像声纳数据的存储格式。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种可用于图像声纳系统的文件储存方法。本发明提出的文件储存方法，提高图像声纳数据的交互性，提高图像声纳数据存储的速度，提高使用图像声纳数据的便利性。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种适用于图像声纳系统的数据文件储存方法，包括以下步骤：
(1)创建数据文件，所述数据文件的格式包括：文件信息存储格式、图像声纳图像信息的存储格式、地理坐标信息的存储格式、图像声纳时间信息的存储格式、图像声纳传感器信息的存储格式。
(2)根据图像声纳系统的情况，向数据文件写入文件信息。
(3)对于图像声纳系统在工作过程中产生图像数据，数据文件存储时顺序执行步骤(31)至步骤(34)，按照数据文件格式完成数据存储。
(31)写入图像声纳图像信息数据；
(32)写入地理坐标信息数据；
(33)写入图像声纳时间信息数据；
(34)写入图像声纳传感器信息数据；
(4)对于不同的工作周期，重复执行上述步骤(3)。
(5)图像声纳系统探测任务完成后，关闭打开的数据文件，完成图像声纳信息数据存储。
其中，步骤(1)中，所述文件信息存储格式用于存储图像声纳文件的基本信息，所述基本信息包括：文件信息起始标志、文件类型标志信息、文件版本号信息、图像块信息、地理坐标块信息、时间块信息、传感器块信息及文件信息结束标志。
其中，所述文件信息起始标志用于标志文件信息的开始；所述文件类型标志信息用于标志文件的类型；所述文件版本号信息用于说明文件格式的版本号。所述图像块信息用于存储图像数据块信息，该图像数据块信息包括：图像块的数目、图像块在文件中的存储位置、图像数据类型、图像通道数及图像距离向像素数；所述地理坐标块信息用于存储地理坐标数据的类型，该地理坐标数据的类型包括：经度类型和纬度类型；所述时间块信息用于存储时间数据的类型；所述传感器块信息用于存储传感器数据块的信息，该传感器数据块的信息包括：传感器块信息数目、传感器数据类型及传感器数据名称(采用代码表示)等。
其中，步骤(31)中，所述图像声纳图像信息包括：实图像信息或复图像信息；所述图像信息是指图像声纳系统对水下环境进行扫描后输出图像信息，图像信息是图像声纳系统最重要的输出信息；所述图像信息的数据精度可能为整型或者浮点型。
其中，步骤(32)中，所述地理坐标信息是指与图像声纳图像信息相关的地理坐标信息，图像声纳图像的每个象素点都对应水下环境的地理坐标；所述声纳图像是二维数据，一般情况下，所述二维图像数据由方位向和距离向组成；所述距离向指声信号传播的方向，所述方位向指图像声纳孔径(实孔径或虚拟孔径)对应的方向。
其中，步骤(33)中，所述时间信息是指与图像声纳图像信息相关的时间信息；所述时间信息用于表示获取图像信息的相对时间或者绝对时间。
其中，步骤(34)中，所述传感器信息是指与图像声纳图像信息相关的传感器信息；所述传感器信息是指获取图像数据时声纳基阵的运动姿态、运动速度、深度或者其他传感器信息，包括：温度、盐度、距低高度、放缆长度。
其中，同一图像数据块可包含多帧数据，每一帧数据由图像数据、地理坐标信息、时间信息和传感器信息组成；同一图像数据文件可包含多个图像数据块。
本发明的优点在于：
1、本发明提供的一种可用于图像声纳系统图像信息的数据文件储存方法，该储存方法的文件格式简单，而且可以集成图像数据、地理坐标信息、时间信息和传感器数据信息统一存储。
2、本发明采用图像块的方式，使此文件格式既可以实时存储图像声纳数据，也可以在后处理中存储多种类型声纳的图像数据。
附图说明
图1是本发明数据文件储存方法的文件格式示意图；
图2是本发明数据文件储存方法的文件信息示意图；
图3是本发明实施例侧视声纳测绘带示意图；
图4是本发明实施例侧视合成孔径声纳文件信息储存格式示意图(单频率)；
图5是本发明实施例侧视合成孔径声纳文件信息储存格式示意图(双频率)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种可用于图像声纳系统的数据文件储存方法进行详细说明。
具体实施方式中以侧视合成孔径声纳为例进行说明，侧视声纳距离向像素点数为Nx，像素精度为单精度浮点型(float)，图像数据为复数，侧视声纳图像数据同时具有地理位置信息(GPS信息)、时间信息，传感器信息(深度和速度)，所有传感器信息均采用双精度浮点型，时间信息采用无符号整型表示。
侧视合成孔径声纳对水下环境进行实时扫描的时候，一般采用周期重复工作模式，即在时刻t发射和接收声信号并进行成像处理，间隔Δt以后再进行重复的动作，Δt与合成孔径声纳系统的配置有关。
每个工作周期，侧视合成孔径声纳系统会输出一定数量的图像(一帧图像)，这里假设周期i中，输出的图像数据的行数为Ny(i)，则周期i中输出的总的图像数据为Ny(i)×Nx的数据矩阵Ii。
数据矩阵对应的GPS信息为Ny(i)×2的数据矩阵gi，其中第一列表示经度，第二列表示纬度。
数据矩阵对应的时间信息为Ny(i)×1的数据向量Ti。
数据矩阵对应的传感器信息为Ny(i)×2的数据向量Si，其中第一列表示深度，第二列表示速度信息。
为了完成图像声纳数据的存储，需要完成以下步骤：
(1)创建数据文件，所述数据文件的格式包括(如图1所示)：文件信息存储格式、图像声纳图像信息的存储格式、地理坐标信息的存储格式、图像声纳时间信息的存储格式、图像声纳传感器信息的存储格式。
(2)根据侧视合成孔径声纳系统的情况，向文件中写入文件信息。所述文件信息存储格式用于存储图像声纳文件的基本信息，所述基本信息包括(如图2所示)：文件信息起始标志、文件类型标志信息、文件版本号信息、图像块信息、地理坐标块信息、时间块信息、传感器块信息及文件信息结束标志。
结合本实施例，图3为例侧视声纳测绘带示意图；文件信息的存储格式如图4所示。
在图4中文件信息起始标志采用0xAAAAAAAA表示，文件信息结束标志采用0xFFFFFFFF表示，文件类型采用0x00000002表示，文件版本信息为1.0采用0x00000001表示。
在图4中图像块信息由图像块数目，图像块在文件中的存储位置，图像数据类型，通道数以及像素数组成。其中图像块数目为1，采用0x00000001表示；图像在文件中的位置为68(字节)，采用0x00000044表示；图像数据类型为单精度浮点复数，采用0x10000003表示，其中高位1表示图像数据为复数，低位3表示单精度数据类型；通道数据为1，采用0x00000001表示，象素数为Nx，采用与Nx对应的十六进制数表示。
在图4中地理坐标信息由经度和纬度组成，地理坐标块信息包括经度类型和纬度类型，这两种数据类型均采用单精度浮点精度，采用0x00000003表示。
在图4中时间坐标块信息由时间信息类型组成，这里时间信息类型采用无符号32位整型表示时间，采用0x00000001表示。
在图4中传感器块信息由传感器块信息数据，传感器数据类型，传感器数据代码组成，其中传感器块信息数目包括深度和速度两个，采用0x00000002表示；对应的两个传感器数据类型均为单精度浮点数，采用0x00000003表示；对应的传感器数据代码分别为“深度”和“速度”，采用0x00000007和0x00000009表示。
(3)写入图像信息数据、地理坐标信息数据、时间信息数据，传感器信息数据。
对于每个工作周期产生的图像数据，顺序执行步骤(31)至(34)，按照格式完成数据存储。
(31)写入第k行图像数据Ii(k，1：Nx)；
(32)写入地理坐标信息数据gi(k，1：2)；
(33)写入时间信息数据Ti(k)；
(34)写入第k行传感器信息数据Si(k，1：2)。
(4)对于不同的工作周期，重复执行上述步骤(3)。
图像声纳系统水下探测任务完成后，关闭打开的数据文件，完成图像声纳信息数据存储。
如果存在两个频率的图像声纳数据，为了便于对比，可以采用两个图像块来解决此问题。但是，文件信息部分需要变化以适应两个图像块的情况。图5中给出了文件信息部分图像块信息的变化，与单频率图像声纳数据存储格式相比，双频率图像声纳数据存储时文件信息部分需要有两个图像块信息。第二个图像块的存储方法与第一个图像块的存储方法相同。
Claims (3)
1.一种适用于图像声纳系统的数据文件储存方法，该方法基于的文件存储格式用于存储图像声纳文件的基本信息，所述基本信息包括：文件信息起始标志、文件类型标志信息、文件版本号信息、图像块信息、地理坐标块信息、时间块信息、传感器块信息及文件信息结束标志；
所述地理坐标信息是指与图像声纳图像信息相关的地理坐标信息，图像声纳图像的每个象素点都对应水下环境的地理坐标；所述声纳图像是二维数据，所述二维图像数据由方位向和距离向组成；所述距离向指声信号传播的方向，所述方位向指图像声纳孔径对应的方向；
所述时间信息是指与图像声纳图像信息相关的时间信息；所述时间信息用于表示获取图像信息的相对时间或者绝对时间；
所述传感器信息是指与图像声纳图像信息相关的传感器信息；所述传感器信息包括：获取图像数据时声纳基阵的运动姿态、运动速度或/和深度或者温度、盐度、距低高度、放缆长度信息；
所述方法包括以下步骤：
（1）创建数据文件，所述数据文件的格式包括：文件信息存储格式、图像声纳图像信息的存储格式、地理坐标信息的存储格式、图像声纳时间信息的存储格式、图像声纳传感器信息的存储格式；
（2）根据图像声纳系统的情况，向数据文件写入文件信息；
（3）对于图像声纳系统在工作过程中产生图像数据，数据文件存储时顺序执行步骤（31）至步骤（34），按照数据文件格式完成数据存储；
（31）写入图像声纳图像信息数据；所述图像声纳图像信息包括：实图像信息或复图像信息；所述图像信息是指图像声纳系统对水下环境进行扫描后输出图像信息；所述图像信息的数据精度为整型或者浮点型
（32）写入地理坐标信息数据；
（33）写入图像声纳时间信息数据；
（34）写入图像声纳传感器信息数据；
（4）对于不同的工作周期，重复执行上述步骤（3）；
（5）图像声纳系统探测任务完成后，关闭打开的数据文件，完成图像声纳信息数据存储。
2.根据权利要求1所述的数据文件储存方法，其特征在于，
所述文件信息起始标志用于标志文件信息的开始；
所述文件类型标志信息用于标志文件的类型；
所述文件版本号信息用于说明文件格式的版本号；
所述图像块信息用于存储图像数据块信息，该图像数据块信息包括：图像块的数目、图像块在文件中的存储位置、图像数据类型、图像通道数及图像距离向像素数；
所述地理坐标块信息用于存储地理坐标数据的类型，该地理坐标数据的类型包括：经度类型和纬度类型；
所述时间块信息用于存储时间数据的类型；
所述传感器块信息用于存储传感器数据块的信息，该传感器数据块的信息包括：传感器块信息数目、传感器数据类型及传感器数据名称；
3.根据权利要求1所述的数据文件储存方法，其特征在于，同一图像数据块包含多帧数据，每一帧数据由图像数据、地理坐标信息、时间信息和传感器信息组成；同一图像数据文件包含多个图像数据块。
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