CN108510441B - 一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法，利用交错网格的方式，在传统影像瓦片金字塔的基础上建立了三类交错网格影像瓦片金字塔，并根据实际显示情况选择相应的影像瓦片金字塔进行加载显示；主要包括以下几个步骤：设计影像金字塔层级和瓦片尺寸；制作原始影像的高斯金字塔；建立传统影像瓦片金字塔；使用交错网格法建立交错网格影像瓦片金字塔；计算选择影像金字塔类型索引及瓦片行列号；根据瓦片类型索引和行列号加载相应瓦片进行显示。相比于现有的显示方法，本方法减少了系统的内存开销，提高了影像加载速度，而且控制屏幕加载的瓦片数不超过四张，保证了内存使用量的稳定。

Description

一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法

技术领域

本发明涉及影像显示方法，尤其涉及一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法。

背景技术

高分辨率的大尺度影像往往拥有非常大的数据量，可以达到GB级别。直接对其进行显示，会占用大量的内存资源，且加载时间长、操作速度缓慢。对于此类影像数据的常用显示方法是对原始数据进行处理，制作影像金字塔瓦片文件，在显示过程中根据视点位置加载相应的瓦片进行显示。但在实际显示过程中存在以下几个问题：

1、通过传统的分割方式对影像进行分割，得到的瓦片尺寸往往大于屏幕尺寸，使得屏幕最多所需加载的瓦片数量为4张。但单张瓦片的数据量依然较大，在追求极致速度的情况下仍有提升空间。

2、如果将瓦片尺寸设定为略小于屏幕尺寸，受视点位置和瓦片分割方式的影响，不同视点所需要加载的瓦片数量差异较大。在极端情况下需要加载的瓦片数量为9张。这使得设备需要预留足够的多的内存才能保证影像的正常加载与显示。对于内存资源有限的移动设备来说，无法保证内存使用的稳定和图片加载速度的稳定。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法，主要目标是减少瓦片影像加载的数量，减小瓦片尺寸，提高瓦片影像加载速度。

技术方案：一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法，包括以下步骤：

(1)根据显示设备的屏幕分辨率计算影像金字塔的层级以及瓦片的尺寸大小；

(2)使用高斯金字塔法对原始影像进行处理，所述原始影像为影像金字塔的最底层，即第0层；根据金字塔的层级制作影像金字塔；

(3)由步骤(1)的瓦片尺寸，对影像金字塔的每一层影像进行分割，制作传统影像瓦片金字塔，即通过普通分割方式得到影像金字塔瓦片数据；

(4)若瓦片尺寸小于屏幕尺寸，通过交错瓦片网格的方式，对影像金字塔的每一层影像进行分割，制作横向交错的影像瓦片金字塔、纵向交错影的影像瓦片金字塔和全交错的影像瓦片金字塔；

(5)通过视点位置坐标计算选择瓦片矩阵类型索引，并得到所需加载的瓦片影像的行列号；

(6)根据所述瓦片矩阵类型索引和所需加载瓦片的行列号，加载硬盘中相应的瓦片影像进行显示。

所述步骤(1)包括如下内容：

(1.1)影像金字塔的最高层由4张瓦片组成，则第i层影像应当被分割成4^L-i张瓦片，L表示影像金字塔层数；

原始影像的尺寸为M×N，单位为像素；显示设备的屏幕分辨率为m×n；瓦片的尺寸为m′×n′，其中

金字塔层数L满足如下不等式：

(1.2)L取满足步骤1.1中不等式的最大正整数；

当瓦片尺寸完全大于屏幕，即m′>m，n′>n时，屏幕加载瓦片数量最多为4张，使用普通分割方式得到的影像金字塔瓦片数据就可以满足显示要求。

当瓦片小于屏幕时，为了保证瓦片加载数量不超过4张，使用交错网格显示方法，制作交错网格瓦片，根据视点坐标计算选择瓦片类型的索引。

所述步骤(3)包括如下内容：

(3.1)对步骤(2)中得到的影像金字塔的每一层影像进行坐标标定；将每一层影像的左下角点作为该层影像的坐标原点(0,0)，坐标单位为像素；第i层影像中任意一点坐标为(x_i,y_i),则第i+1层影像中对应点的坐标为

(3.2)依据步骤(1.1)中计算得到的瓦片尺寸，从每一层影像的坐标点(0,0)开始，从左至右、从下到上进行切割，分割成相同大小的瓦片影像，构建传统瓦片矩阵；左下角瓦片的行列号为(0,0)，行号和列号从左至右、从下到上依次递增。

所述步骤(4)包括如下内容：

(4.1)依据步骤(1.1)中计算得到的瓦片尺寸，从每一层影像的坐标点

开始，从左至右、从下到上进行切割，得到4^L-i-2^L-i张瓦片，形成横向交错瓦片矩阵；对各层横向交错瓦片矩阵添加索引，整合为横向交错影像瓦片金字塔；

(4.2)参照步骤(4.1)，从每层影像的坐标点

开始进行分割，得到纵向交错影像瓦片金字塔；

(4.3)参照步骤(4.1)，从每层影像的坐标点

开始进行分割，得到全交错影像瓦片金字塔，第i层的瓦片数为(2^L-i-1)²。

所述步骤(5)包括如下步骤：

(5.1)根据用户选择的影像分辨率大小获取需要加载的影像金字塔的层级i，默认为第0层；同时获取视点的位置坐标，即屏幕中心点的坐标(x_i,y_i)；则屏幕左下角、左上角、右下角的坐标分别为

和

(5.2)根据步骤(4.1)中得到的位置坐标，并把传统影像瓦片金字塔相应层级的瓦片矩阵作为背景，计算视窗左下角和左上角所在的瓦片的行号row₁及row₂，公式为

行差δ_row＝row₂-row₁；

(5.3)计算视窗左下角和右下角所在瓦片的列号col₁及col₂，公式为

列差δ_col＝col₂-col₁；

(5.4)根据步骤(5.3)计算得到的视窗覆盖瓦片行列号选择瓦片类型索引；

如果δ_row＝1且δ_col＝1，则表明视窗覆盖的瓦片数量为4张，加载原始瓦片矩阵；

如果δ_row＝2且δ_col＝1，则选用纵向交错影像瓦片金字塔；

如果δ_row＝1且δ_col＝2，则选用横向交错影像瓦片金字塔；

如果δ_row＝2且δ_col＝2，则选用全交错影像瓦片金字塔；选定瓦片类型索，加载的4张瓦片的行列号为(row₁,col₁)、(row₁+1,col₁)、(row₁,col₁+1)、(row₁+1,col₁+1)。

有益效果

本发明与现有技术相比，显著进步在于：本发明在把瓦片尺寸减小到比屏幕小的情况下仍然保证了瓦片的最大加载数量不超过四张，提高了影像的加载与显示效率，同时保证了内存使用量的稳定，在内存有限的设备上进行显示时可以保证设备的正常工作。

附图说明

图1是本发明的方法步骤流程图；

图2是传统瓦片矩阵示意图；

图3是横向交错瓦片矩阵示意图；

图4是全交错瓦片矩阵示意图；

图5是横向交错瓦片矩阵加载原理示意图；

图6是全交错瓦片矩阵加载原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系。

图1是本发明的方法流程图。如图1所示，本发明的的方法包括以下步骤：

步骤1：根据显示设备的屏幕分辨率计算选择影像金字塔的层数以及瓦片的尺寸大小，具体步骤如下：

1.1：将原始影像作为影像金字塔的最底层，即第0层。影像金字塔的最顶层由4张瓦片组成。第i层影像应当被分割成4^L-i张瓦片，其中L表示影像金字塔层数。

此处需要说明的是，影像金字塔最高层4张是固定值。金字塔每一层的瓦片数量为4的n次方，影像金字塔理论上最高层为1张瓦片，次高层为4张瓦片。本发明的目的是使得瓦片尺寸尽可能小而最大加载瓦片数不超过4张，以此来加快显示速度，减小内存使用。当瓦片尺寸小于屏幕时，最高层1张瓦片不足以填充整个屏幕。所以将原来的次高层4张瓦片作为本发明中影像金字塔的最高层。

原始影像的尺寸为M×N，单位为像素；显示设备的屏幕分辨率为m×n；瓦片的尺寸为m′×n′，其中

为了保证屏幕加载的最大瓦片数不超过4张则金字塔层数L应当满足的不等式如下：

1.2：在加载瓦片数量上限不增加的情况下，瓦片越小，则加载的速度越快，L取满足步骤1.1中不等式的最大正整数。

当瓦片尺寸完全大于屏幕时(m′>m，n′>n)，屏幕加载瓦片数量最多为4张，使用普通分割方式得到的影像金字塔瓦片数据就可以满足显示要求。

当瓦片小于屏幕时，为了保证瓦片加载数量不超过4张，就需要根据接下去的步骤使用本发明中所用到的交错网格显示技术，制作交错网格影像瓦片金字塔，根据视点坐标计算选择瓦片类型的索引。

需要说明的是，当瓦片尺寸大于屏幕时，无论视窗位置在哪里，加载的瓦片数量都不会超过4张。而当瓦片尺寸小于屏幕时，所加载的瓦片数量最多为9张。使用交错网格显示技术的目的就是在减小瓦片尺寸的情况下，屏幕所需加载的瓦片数量仍不超过4张。使用交错网格技术的瓦片尺寸必须满足步骤1.1给出的不等式，由于L取值是整数，那得到的瓦片尺寸有可能大于或小于屏幕尺寸，只有在瓦片小于屏幕尺寸的情况下，交错瓦片显示技术才起作用。

步骤2：使用高斯金字塔法对原始影像进行处理，根据步骤1得到的金字塔层数制作影像金字塔；

步骤3：依据步骤1所得到的瓦片尺寸，对影像金字塔的每一层影像进行分割，制作传统影像瓦片金字塔，具体步骤如下：

3.1：对步骤2中得到的影像金字塔的每一层影像进行坐标标定。将每一层影像的左下角点作为该层影像的坐标原点(0,0)，坐标单位为像素。第i层影像中任意一目标点的坐标为(x_i,y_i),则第i+1层影像中相依目标点的坐标为

3.2：依据步骤1.1中计算得到的瓦片尺寸，从每一层影像的坐标点(0,0)开始，从左至右、从下到上进行切割，分割成相同大小的瓦片影像，形成原始瓦片矩阵。左下角瓦片的行列号为(0,0)，行号和列号从左至右、从下到上依次递增。4×4的瓦片矩阵如图2所示，网格内为瓦片的行列号。

步骤4：通过交错瓦片网格的方式，对影像金字塔的每一层影像进行分割，制作横向交错的影像瓦片金字塔、纵向交错影的影像瓦片金字塔和全交错的影像瓦片金字塔，具体步骤如下：

4.1：依据步骤1.1中计算得到的瓦片尺寸，从每一层影像的坐标点

开始，从左至右、从下到上进行切割，可以得到4^L-i-2^L-i张瓦片，形成横向交错瓦片矩阵。参见图3，瓦片矩阵302为4×4的原始瓦片矩阵所对应的横向交错瓦片矩阵。横向交错瓦片矩阵的横向网格线与传统瓦片矩阵的横向网格线重合，纵向网格线相差

个像素单位。

4.2：参照步骤4.1的方法，从坐标点

开始进行分割，可以得到纵向交错瓦片矩阵，交错方式与横向交错瓦片相似。纵向交错瓦片矩阵的纵向网格线与传统瓦片矩阵的纵向网格线重合，横向网格线相差

个像素单位。

4.3：参照步骤4.1的方法，从坐标点

开始进行分割，可以得到全交错瓦片矩阵，第i层的瓦片数为(2^L-i-1)²。参见图4，402为4×4的原始瓦片矩阵所对应的全交错瓦片矩阵。

步骤5：通过视点位置坐标计算选择瓦片矩阵类型索引，并得到所需加载的瓦片影像的行列号，具体步骤如下：

5.1：根据用户选择的影像分辨率大小获取需要加载的影像金字塔的层级i，默认为第0层。同时获取视点的位置坐标，即屏幕中心点的坐标(x_i,y_i)。则屏幕左下角、左上角、右下角的坐标分别为

和

5.2：根据步骤4.1中得到的位置坐标，并把传统影像瓦片金字塔相应层级的瓦片矩阵作为背景，计算视窗左下角和左上角所在的瓦片的行号row₁及row₂，公式为

行差δ_row＝row₂-row₁。

5.3：计算视窗左下角和右下角所在瓦片的列号col₁及col₂，公式为

列差δ_col＝col₂-col₁。

5.4:根据步骤5.3计算得到的视窗覆盖瓦片行列号的行差与列差选择瓦片类型索引。

若δ_row＝1且δ_col＝1，则表明视窗覆盖的原始瓦片矩阵的瓦片数量为4张，加载原始瓦片矩阵，如图4所示；

若δ_row＝1且δ_col＝2，视窗覆盖的传统瓦片矩阵的瓦片数量为6张，覆盖横向交错瓦片矩阵的瓦片数量为4张，此时选择横向交错瓦片矩阵进行显示。如图5所示，501为传统瓦片矩阵，502为屏幕视窗，503为横向交错瓦片矩阵。

若δ_row＝2且δ_col＝1，视窗覆盖的原始瓦片矩阵的瓦片数量为6张，视窗覆盖纵向交错瓦片矩阵的瓦片数量为4张，此时选择纵向交错瓦片矩阵进行显示；

若δ_row＝2且δ_col＝2，视窗覆盖的原始瓦片矩阵的瓦片数量为9张，视窗覆盖全交错瓦片矩阵的瓦片数量为4张，此时选择全交错瓦片矩阵进行显示。如图6所示，601为传统瓦片矩阵，602为屏幕视窗，603为全交错瓦片矩阵。

加载的4张瓦片的行列号为(row₁,col₁)、(row₁+1,col₁)、(row₁,col₁+1)、(row₁+1,col₁+1)。

步骤6：根据步骤5得到的瓦片矩阵类型索引和所需加载瓦片的行列号，加载磁盘中相应的瓦片影像进行显示。

Claims (4)

1.一种基于交错网格的影像多分辨率显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据显示设备的屏幕分辨率计算影像金字塔的层级以及瓦片的尺寸大小；具体包括如下内容：

(1.1)影像金字塔的最高层由4张瓦片组成，则第i层影像应当被分割成4^L-i张瓦片，L表示影像金字塔层数；

原始影像的尺寸为M×N，单位为像素；显示设备的屏幕分辨率为m×n；瓦片的尺寸为m′×n′，其中

金字塔层数L满足如下不等式：

(1.2)L取满足步骤1.1中不等式的最大正整数；

当瓦片尺寸完全大于屏幕，即m′＞m，n′＞n时，屏幕加载瓦片数量最多为4张，使用普通分割方式得到的影像金字塔瓦片数据就可以满足显示要求；

当瓦片小于屏幕时，为了保证瓦片加载数量不超过4张，使用交错网格显示方法，制作交错网格瓦片，根据视点坐标计算选择瓦片类型的索引；

(2)使用高斯金字塔法对原始影像进行处理，所述原始影像为影像金字塔的最底层，即第0层；根据金字塔的层级制作影像金字塔；

(3)由步骤(1)的瓦片尺寸，对影像金字塔的每一层影像进行分割，制作传统影像瓦片金字塔，即通过普通分割方式得到影像金字塔瓦片数据；

(4)若瓦片尺寸小于屏幕尺寸，通过交错网格瓦片，对影像金字塔的每一层影像进行分割，制作横向交错的影像瓦片金字塔、纵向交错的影像瓦片金字塔和全交错的影像瓦片金字塔；

(5)通过视点位置坐标计算选择瓦片矩阵类型索引，并得到所需加载的瓦片影像的行列号；

(6)根据所述瓦片矩阵类型索引和所需加载瓦片的行列号，加载硬盘中相应的瓦片影像进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于交错网格的影像多分辨率显示方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下内容：

(3.1)对步骤(2)中得到的影像金字塔的每一层影像进行坐标标定；将每一层影像的左下角点作为该层影像的坐标原点(0,0)，坐标单位为像素；第i层影像中任意一点坐标为(x_i,y_i),则第i+1层影像中对应点的坐标为

(3.2)依据步骤(1.1)中计算得到的瓦片尺寸，从每一层影像的坐标点(0,0)开始，从左至右、从下到上进行切割，分割成相同大小的瓦片影像，构建传统瓦片矩阵；左下角瓦片的行列号为(0,0)，行号和列号从左至右、从下到上依次递增。

3.根据权利要求1所述的基于交错网格的影像多分辨率显示方法，其特征在于，所述步骤(4)包括如下内容：

(4.1)依据步骤(1.1)中计算得到的瓦片尺寸，从每一层影像的坐标点

开始，从左至右、从下到上进行切割，得到4^L-i-2^L-i张瓦片，形成横向交错瓦片矩阵；对各层横向交错瓦片矩阵添加索引，整合为横向交错影像瓦片金字塔；

(4.2)参照步骤(4.1)，从每层影像的坐标点

开始进行分割，得到纵向交错影像瓦片金字塔；

(4.3)参照步骤(4.1)，从每层影像的坐标点

开始进行分割，得到全交错影像瓦片金字塔，第i层的瓦片数为(2^L-i-1)²。

4.根据权利要求1所述的基于交错网格的影像多分辨率显示方法，其特征在于，所述步骤(5)包括如下步骤：

(5.1)根据用户选择的影像分辨率大小获取需要加载的影像金字塔的层级i，默认为第0层；同时获取视点的位置坐标，即屏幕中心点的坐标(x_i,y_i)；则屏幕左下角、左上角、右下角的坐标分别为

和

(5.2)根据步骤(4.1)中得到的位置坐标，并把传统影像瓦片金字塔相应层级的瓦片矩阵作为背景，计算视窗左下角和左上角所在的瓦片的行号row₁及row₂，公式为

行差δ_row＝row₂-row₁；

(5.3)计算视窗左下角和右下角所在瓦片的列号col₁及col₂，公式为

列差δ_col＝col₂-col₁；

(5.4)根据步骤(5.3)计算得到的视窗覆盖瓦片行列号选择瓦片类型索引；

如果δ_row＝1且δ_col＝1，则表明视窗覆盖的瓦片数量为4张，加载原始瓦片矩阵；

如果δ_row＝2且δ_col＝1，则选用纵向交错影像瓦片金字塔；

如果δ_row＝1且δ_col＝2，则选用横向交错影像瓦片金字塔；

如果δ_row＝2且δ_col＝2，则选用全交错影像瓦片金字塔；选定瓦片类型索，加载的4张瓦片的行列号为(row₁,col₁)、(row₁+1,col₁)、(row₁,ol₁+1)、(row₁+1,col₁+1)。

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