CN105469434B - 一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法 - Google Patents

一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，属于遥感影像处理技术的领域。包括影像转换成瓦片文件流集文件和索引文件步骤、从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤和浏览影像步骤，本发明为移动GIS在Android系统中的自主开发提供了可行性，可广泛应用于森林资源一类、二类、三类调查、野外辅助定位、遥感判图等野外作业中。可在Android系统上离线加载的大型遥感影像(已支持25.6GB的高分一号影像和12.9G的普莱达SPOT影像)，节省磁盘空间，减少了瓦片导入移动平台的时间，为后续移动GIS在Android上的开发提供了可行性，将极大地推动移动GIS在森林资源信息采集、遥感判图等方面的应用。

Description

一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法
技术领域
本发明涉及一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法。
背景技术
在移动设备上实现遥感影像的浏览是移动GIS开发的基石，开发方式主要有基于现有组件的二次开发和基于底层自主开发。如ERSI公司的ArcGIS、跬步的UCMap、超图的SuperMap等二次开发组件，都通过自己的方法支持遥感影像在移动终端上的加载，但对大型离线遥感影像的支持明显不足，极易引起OOM(Out Of Memory)内存溢出，导致应用极不稳定。目前，Android系统的移动设备已占市场份额83.6％，使用广泛，但Google设定Android设备上每个app应用的默认内存空间为16MB，导致Android系统更加难以浏览几GB或几十GB的大型遥感影像。
发明内容
为了解决单个应用内存受限的Android移动设备上加载遥感影像，实现自主GIS开发。本发明提供了一种在Android上浏览大型遥感影像的方法，该方法对高普莱亚SPOT影像无损压缩后可节省40.465％的存储空间，高分一号影像可节省59.701％的空间。加载影像时消耗的内存最大为29.598MB，常用浏览倍数范围内的影像的平均加载时间为1854.5978ms、最小加载时间为751.58ms，且影像的浏览速度与影像的大小关系较小，主要与屏幕中显示影像的范围(即浏览倍数)相关。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，包括以下步骤：
影像转换成瓦片文件流集文件和索引文件步骤，包括：
步骤一：读取需要进行处理的遥感影像，并获得影像中图片的属性信息；
步骤二：将图片的属性信息及压缩信息写入到瓦片流集文件的文件头中；
步骤三：将图片按预设的大小进行划分，划分出的每个分块均计算左上角相对于图片的坐标；
步骤四：读取步骤三中的分块，将分块映射成指定大小的图像，从遥感影像上读取指定波段的信息，选取三个波段赋予红色、绿色、蓝色的颜色值，生成24位的真彩色，将步骤三中每个分块中的颜色值生成一个预设的大小的瓦片文件，将瓦片文件依次写入瓦片流集文件，将每块瓦片文件在瓦片流集文件中的开始位置写入瓦片索引文件，建立瓦片索引表；
从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤，包括：
步骤1：从瓦片索引文件中读取出瓦片索引表，即所有瓦片在瓦片文件流集文件中的起始位置；
步骤2：从瓦片文件流集文件的文件头读取出图片的属性信息及压缩信息，计算出瓦片对应的影像块大小、左上角的地理坐标、影像分割成瓦片后的行数和列数；获取当前屏幕显示影像的范围并计算出瓦片的行号和列号，根据屏幕范围计算出各瓦片在屏幕上映射区域的大小、左上角坐标；
步骤3：加载瓦片文件，将各瓦片文件按指定大小排列在指定的位置上。
浏览影像步骤，包括：
步骤1)通过缩放、移动操作，改变影像的显示范围；
步骤2)根据步骤1)中显示范围的变化，改变鹰眼中当前显示区域的标注；
步骤3)计算当前显示区域与上次显示区域的影像交集区域和非交集区域，若有影像交集，则根据上次的影像、屏幕显示区域计算出影像交集的屏幕区域和映射范围，从屏幕上显示的图像中截取此区域的图像信息，再映射到屏幕上；非交集区域使用从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤进行加载影像；清除空白区域内的影像。
所述的一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，步骤一中，所述的图片的属性信息包括Driver驱动信息、GCP地面控制点信息、Projection投影信息、Band波段信息、映射的地理空间范围、图像的宽度和高度。
所述的一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，步骤二中，所述的图片的压缩信息包括影像的图像宽度和高度、左上角的地理坐标、影像上每个像素宽度和高度、影像在X轴和Y轴上的偏移量、瓦片的宽度和高度、压缩倍数。
本发明的有益效果是，可在Android系统上离线加载的大型遥感影像(已支持25.6GB的高分一号影像和12.9G的普莱达SPOT影像)，节省磁盘空间，减少了瓦片导入移动平台的时间，为后续移动GIS在Android上的开发提供了可行性，将极大地推动移动GIS在森林资源信息采集、遥感判图等方面的应用。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的实现步骤；
图2为本发明瓦片流集的文件结构；
图3为本发明中瓦片索引文件结构；
图4为本发明的显示效果图。
具体实施方式
本实施例包括以下步骤：
影像转换成瓦片文件流集文件和索引文件步骤，包括：
步骤一：读取需要进行处理的遥感影像，并获得影像中图片的属性信息；
步骤二：将图片的属性信息及压缩信息写入到瓦片流集文件的文件头中；
步骤三：将图片按预设的大小进行划分，划分出的每个分块均计算左上角相对于图片的坐标，其中预设大小是指图片划分的像素面积大小，这个根据平板的性能来定，平板性能越好，预设的大小可更大，如256*256等；而左上角相对于图片的坐标，是这一块划分出的图片最左上角的那一像素，相对于整个图片的位置。如以256*256像素大小划分，则第一块左上角的相对于图片的坐标为(0，0)，相邻右边块为左上角坐标为(256，0)，再往右的块的左上角坐标为(512，0)；相邻下边块的左上角坐标为(0，256)，再往下的块的左上角坐标为(0，512)。
步骤四：读取步骤三中的分块，将分块映射成指定大小的图像，由于有些遥感影像是0.1米的高清分辨率，但在实际应中，可能不需要这么高的清晰度。在划分块时，分块的大小可能会是预设大小的几倍，故对块中的影像数据经映射后，生成指定大小的瓦片。
然后从遥感影像上读取指定波段的信息，选取三个波段赋予红色、绿色、蓝色的颜色值，生成24位的真彩色，将步骤三中每个分块中的颜色值生成一个预设的大小的瓦片文件，将瓦片文件依次写入瓦片流集文件，将每块瓦片文件在瓦片流集文件中的开始位置写入瓦片索引文件，建立瓦片索引表；由于计算机中的颜色是采用RGB(Red红色、Green绿、Blue蓝色)颜色系统，而使用红、绿、蓝三种颜色按不同的份量叠加可得到的人类视力所能感知的所有颜色。图片上每个像素点是一种颜色，由RGB三基色组成，每种基色用一个字节(＝8bit)存储，这样生成的图叫做24位真彩色的图。
遥感影像按波段数量分为多波段遥感影像和单波段遥感影像，如landsat5的TM影像有7个波段，单波段的影像显示效果为灰度图。若要显示多波段的彩色遥感影像，需设置哪个波段的值代表红色、哪个波段的值代表绿色、哪个波段的值代表蓝色，这三个波段的颜色值叠加后生成一副彩色图。
步骤三中按n*m个像素点大小的网格分块，求得了每块的左上角的图片坐标；步骤四时从影像中选择三个波段代表红、绿、蓝三基色，读取这个网格中三个波段的值，存在一个3*n*m大小的数组中，再将这个数组转换成一个n*m个像素的瓦片文件，并写入瓦片流集文件和建立瓦片索引表。
从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤，包括：
步骤1：从瓦片索引文件中读取出瓦片索引表，即所有瓦片在瓦片文件流集文件中的起始位置；
步骤2：从瓦片文件流集文件的文件头读取出图片的属性信息及压缩信息，计算出瓦片对应的影像块大小、左上角的地理坐标、影像分割成瓦片后的行数和列数；获取当前屏幕显示影像的范围并计算出瓦片的行号和列号，根据屏幕范围计算出各瓦片在屏幕上映射区域的大小、左上角坐标；
步骤3：加载瓦片文件，将各瓦片文件按指定大小排列在指定的位置上。
浏览影像步骤，包括：
步骤1)通过缩放、移动操作，改变影像的显示范围；
步骤2)根据步骤1)中显示范围的变化，改变鹰眼中当前显示区域的标注；鹰眼是GIS(Geographic Information System地理信息系统)中一个基本的功能。在鹰眼图上可以像从高空中俯视一样查看所显示的地图在整个图中位置。即可看做高空俯视的缩略图，用于掌握所显示的地图在整个图中的位置。
步骤3)计算当前显示区域与上次显示区域的影像交集区域和非交集区域，若有影像交集，则根据上次的影像、屏幕显示区域计算出影像交集的屏幕区域和映射范围，从屏幕上显示的图像中截取此区域的图像信息，再映射到屏幕上；非交集区域使用从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤进行加载影像；清除空白区域内的影像。
上述的步骤1)为获得影像的显示范围；步骤2)为在鹰眼上标注出显示范围在整个影像中的位置，便于使用者能快速定位到当前所在的大概位置；步骤3)为显示步骤1范围内的影像。
步骤一中，所述的图片的属性信息包括Driver驱动信息、GCP地面控制点信息、Projection投影信息、Band波段信息、映射的地理空间范围、图像的宽度和高度。
步骤二中，所述的图片的压缩信息包括影像的图像宽度和高度、左上角的地理坐标、影像上每个像素宽度和高度、影像在X轴和Y轴上的偏移量、瓦片的宽度和高度、压缩倍数。
本发明通过将C#的开源GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)地理空间数据抽象库，跨平台编译成JAVA语言的jar包。首先在Windows系统上，使用GDAL库读取遥感影像，按行列分块的思想，将遥感影像切割成固定大小的影像瓦片，并将所有瓦片的文件以流的方式写入瓦片流集文件(后缀为.ltt)并建立瓦片索引文件(后缀为.ltx)。其次，在Android系统上，根据屏幕显示影像的范围计算出需显示的瓦片的行号和列号，使用拼图游戏的思想，以多线程技术、相交块缩放后加载的方法，借助瓦片索引表读取瓦片并将瓦片影像按规则拼接起来，实现影像在Android系统上的加载。最后，添加影像的浏览事件，包括影像的放大、缩小、移动等，实现遥感影像在Android系统上的浏览。
接下来以加载湖南省郴州市东江湖地区的多波段高分一号影像为例，分辨率2米，文件大小12.9GB，像素大小65968*69847，tif格式；Android移动设备采用Samsung GT-N5100，Android4.1操作系统，四核1.6GHz处理器，8寸屏幕，1831MB内存，1280*800的分辨率。
将影像转换成瓦片的文件流集文件和索引文件的步骤是：第一步，注册已编译好的GDAL库，以支持对影像栅格数据的操作。第二步，以GA_Readonly只读方式打开影像并从Dataset对象中获得影像自带的属性信息，包括Driver驱动信息、GCP地面控制点信息、Projection投影信息、Band波段信息、映射的地理空间范围、图像的宽度和高度。第三步，把影像的图像宽度和高度、左上角的地理坐标、影像上每个像素宽度和高度、影像在X轴和Y轴上的偏移量、瓦片的宽度和高度、压缩倍数写入瓦片流集文件的文件头(如表1所示)，文件结构如图2所示。第四步，把影像按行列各间隔420个像素划分块，计算出各块左上角的坐标。第五步，使用GDAL提供读取某范围内的影像可映射成指定大小的图像的函数，从影像上读取指定波段的信息，选取三个波段为红色、绿色、蓝色的颜色值，生成24位的真彩色。第六步，将每块中颜色值生成一个420*420大小、png格式的瓦片文件。第七步，将瓦片文件流依次写入瓦片流集文件。第八步，将每块瓦片文件流在瓦片流集文件中的开始位置写入瓦片索引文件，建立瓦片索引表，文件结构如图2、图3所示。第九步，注销GDAL库。
表1瓦片文件流文件的文件头
拼接影像的效果如图4所示，实现的步骤是：第一步，从瓦片索引文件中读取出瓦片索引表，即所有瓦片在瓦片文件流集文件中的起始位置。第二步，从瓦片文件流集文件的文件头读取出影像的图像宽度和高度、左上角的地理坐标、影像上每个像素宽度和高度、影像在X轴和Y轴上的偏移量、瓦片的宽度和高度、压缩倍数。第三步，计算出瓦片对应的影像块大小、左上角的地理坐标、影像分割成瓦片后的行数和列数。第四步，获取当前屏幕显示影像的范围并计算出瓦片的行号和列号，根据屏幕范围计算出各瓦片在屏幕上映射区域的大小、左上角坐标(屏幕坐标与图像坐标的转换公式如式1和式2所示)。第五步，在ImageView控件中，以一个瓦片开启一个线程加载的多线程技术加载瓦片，将各瓦片按指定大小画在指定的位置上，实现在Android系统上加载遥感影像。
式1图像坐标转屏幕坐标
式2屏坐标转图像坐标
(Li，Ti)表示当前显示的影像区域左上角的图像坐标，(Ls，Ts)为屏幕显示区左上角的坐标；pixelsize为屏幕像素点的大小，即屏幕上一个像素点代表影像中pixelsize个像素点。
浏览影像的步骤是：第一步，通过缩放、移动操作，改变影像的显示范围。第二步，改变鹰眼中当前显示区域的标注。第三步，计算当前显示区域与上次显示区域的影像交集区域和非交集区域。若有影像交集，则根据上次的影像、屏幕显示区域计算出影像交集的屏幕区域和映射范围，从屏幕上显示的图像中截取此区域的图像信息，再映射到屏幕上；非交集区域使用拼接影像的方法加载影像；清除空白区域内的影像。
使用本发明，影像按1:1的比例无损分块后，将试例影像转换成了一个7.68GB的瓦片流集文件和206KB的瓦片索引文件，转换后的文件大小占原影像文件的59.535％，比影像节省40.465％的存储空间；按1:1.1的比例有损9.091％的压缩后，生成的瓦片文件流文件大小为6.37GB，索引文件为169KB,比原影像节省50.62％的空间。此方法对其它卫星影像的压缩如表2所示。在常用的显示比例中，加载遥感影像的平均响应时间、最大的Heap Size堆大小和Allocated已分配内存如表3所示。
表2无损压缩影像的比较
表3影像的加载时间和消耗内存

Claims (3)

1.一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
影像转换成瓦片文件流集文件和索引文件步骤，包括：
步骤一：读取需要进行处理的遥感影像，并获得影像中图片的属性信息；
步骤二：将图片的属性信息及压缩信息写入到瓦片流集文件的文件头中；
步骤三：将图片按预设的大小进行划分，划分出的每个分块均计算左上角相对于图片的坐标；所述左上角相对于图片的坐标，是指所述划分出的每个分块的图片最左上角的像素，相对于整个图片的位置；
步骤四：读取步骤三中的分块，将分块映射成指定大小的图像，从遥感影像上读取指定波段的信息，选取三个波段赋予红色、绿色、蓝色的颜色值，生成24位的真彩色，将步骤三中每个分块中的颜色值生成一个预设的大小的瓦片文件，将瓦片文件依次写入瓦片流集文件，将每块瓦片文件在瓦片流集文件中的开始位置写入瓦片索引文件，建立瓦片索引表；
从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤，包括：
步骤1：从瓦片索引文件中读取出瓦片索引表，即所有瓦片在瓦片文件流集文件中的起始位置；
步骤2：从瓦片文件流集文件的文件头读取出图片的属性信息及压缩信息，计算出瓦片对应的影像块大小、左上角的地理坐标、影像分割成瓦片后的行数和列数；获取当前屏幕显示影像的范围并计算出瓦片的行号和列号，根据屏幕范围计算出各瓦片在屏幕上映射区域的大小、左上角坐标；
步骤3：加载瓦片文件，将各瓦片文件按指定大小排列在指定的位置上；
浏览影像步骤，包括：
步骤1)通过缩放、移动操作，改变影像的显示范围；
步骤2)根据步骤1)中显示范围的变化，改变鹰眼中当前显示区域的标注；
步骤3)计算当前显示区域与上次显示区域的影像交集区域和非交集区域，若有影像交集，则根据上次的影像、屏幕显示区域计算出影像交集的屏幕区域和映射范围，从屏幕上显示的图像中截取此区域的图像信息，再映射到屏幕上；非交集区域使用从瓦片文件流集文件和索引文件拼接影像步骤进行加载影像；清除空白区域内的影像。
2.根据权利要求1所述的一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，其特征在于，步骤一中，所述的图片的属性信息包括Driver驱动信息、GCP地面控制点信息、Projection投影信息、Band波段信息、映射的地理空间范围、图像的宽度和高度。
3.根据权利要求1所述的一种在Android系统上浏览大型遥感影像的方法，其特征在于，步骤二中，所述的图片的压缩信息包括影像的图像宽度和高度、左上角的地理坐标、影像上每个像素宽度和高度、影像在X轴和Y轴上的偏移量、瓦片的宽度和高度、压缩倍数。
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