CN109493331B - 一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法 - Google Patents

Abstract

一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，属于计算算法程序及图像处理技术领域。根据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，并根据这个空间坐标范围创建两个像元值为0的背景图像数据模板；将两景原始图像TX1和TX2通过重采样的方式添加到所创建的图像XTX1和图像XTX2数据缓存区中；当完成所有像元的比对计算处理后，也就完成了图像XTX1和图像XTX2的裁剪过程。本发明完全不需要人工操作和人为判断工作，极大的提高了工作效率，避免了重叠区域信息在常规裁剪操作中所造成的有效信息的丢失。

Description

一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法

技术领域

本发明涉及一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，属于计算算法程序及图像处理技术领域。

背景技术

对于在以图像数据为基础的资源变化分析和监测工作中，如何将不同时期的两景或多景图像在空间位置上没有重叠的图像部分裁剪掉，而只保留它们之间具有完全重叠的部分图像，是必须要进行的一个经常性的工作。目前比较常用的操作方法基本上有两种，并且这些操作都需要在一些图像处理软件或地理信息软件平台上进行操作，其基本原理是使用一个封闭的多边形矢量数据，对两景或多景图像进行裁剪，获得在空间位置上具有完全重叠的图像数据。

在常用的图像裁剪方法中，一种比较简单的裁剪方法是：在图像上设置一个包含有重叠区域的矩形边界框，然后使用这个矩形边界框对两景图像分别进行裁剪操作，从而获得两景在空间坐标位置上重合的遥感图像。

另一种比较复杂的方法是在图像上，根据图像的重叠区域边界，在需要保留的图像上，手工绘制出一个封闭的任意多边形边界，然后使用这个封闭的任意多边形，对两景或多景图像分别进行裁剪操作，从而获得两景或多景在空间位置上完全重合的遥感图像。从上述这两种剪裁方法中可以看出，它们都存在以下几个方面的问题：

1、所有这些裁剪操作都需要在一定的软件环境支持下，通过人工操作才能完成。

2、通过上述两种方法的图像裁剪，特别是在使用矩形边界框时对图像进行裁剪，所获得的裁剪后图像，将不可避免的造成大量重叠区域内信息的丢失，也就是造成有效信息的利用率大大降低。

3、对于需要进行图像裁剪工作人员素质要求比较高，而且不同操作人员所进行的裁剪操作结果也具有很大的随意性，其数据处理工作的可靠性和可控性比较差。

4、由于需要对两景或多景图像分别进行裁剪操作，造成重复操作工作量大、效率低、工作成本高等问题。

如果对于需要进行大批量的图像数据裁剪处理来说，将带来极大的人力物力上的支出，而且在处理效率和数据可靠性上也将带来极大的隐患。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法。

一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，于含有以下步骤；

步骤1、根据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，并根据这个空间坐标范围创建两个像元值为0的背景图像数据模板，即图像XTX1和图像XTX2；

步骤2、将两景原始图像TX1和TX2通过重采样的方法添加到所创建的图像XTX1和图像XTX2数据缓存区中，这样图像XTX1和图像XTX2中的所有像元，就在空间位置和像元数据上具有了完全的一对一的对应关系；

步骤3、对两景图像中在空间位置重叠的每对像元逐个进行比对，如果这对像元都是有效像元，则保留这对像元，如果这对像元中有一个或两个是无效像元，则这对像元没有进行对比分析的价值，需要将其中的有效像元的像元值赋值为0，转变为无效像元；当完成所有像元对的比对计算处理后，也就完成了图像XTX1和图像XTX2的裁剪过程；

步骤4、对图像XTX1或图像XTX2中的有效像元进行搜索，搜索出图像的开始行、结束行、开始列、结束列信息，并根据开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，计算出图像的最大空间位置信息，即图像的左下角和右上角空间坐标信息；

步骤5、根据图像的开始行、结束行、开始列、结束列读取裁剪后图像数据，在依照图像的空间位置信息生成裁剪后的图像文件，即完成了两景图像的裁剪流程；

步骤6、保存裁剪后图像文件。

步骤1中的空间关系计算为根据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，如果这个空间范围不是图像像元地面分辨率的整数倍，则加大空间范围，调整为像元地面分辨率的整数倍；目的是建立空间位置关系上对应关系。

步骤2中的像元数据对应关系计算，根据计算出的空间坐标范围，按照像元地面分辨率，换算为在这个空间范围内包含有多少行、多少列像元，在根据计算出的行列数，创建两个像元值为0的背景图像数据模板，即图像XTX1和图像XTX2；目的是建立像元数据的一一对应关系。

根据空间位置关系计算图像TX1、TX2在图像XTX1、XTX2中的存放位置，既图像TX1、TX2的开始行、开始列、结束行、结束列位置，对应到图像XTX1、XTX2中是从什么行列位置开始放置，到什么行列位置结束；既图像XTX1、XTX2中放置图像TX1、TX2的开始行、开始列、结束行、结束列位置信息。

根据图像TX1、TX2放置到图像XTX1、XTX2中的开始行、开始列、结束行、结束列位置信息，将图像TX1、TX2通过重采样分别添加到图像XTX1、XTX2中。

步骤2中完成添加像元数据的图像XTX1、XTX2，它们在空间位置和像元数据上就建立了完全的一一对应关系。

步骤2中因为图像XTX1、XTX2在空间位置和像元数据上建立了完全的一一对应关系，所以才可以对两景图像XTX1、XTX2在空间上重叠的每对像元逐个进行比对，如果这对像元都是有效像元，则保留这对像元；如果这两个像元中有一个或两个是无效像元，则这两个像元不能进行对比分析，需要将其中那个有效像元的像元值赋值为0，变成无效像元；当完成图像XTX1、XTX2中所有像元对的对比计算处理后，图像XTX1、XTX2中只保留了既相互重叠又都是有效像元对的两景图像的裁剪流程，并且做到了有效信息利用的最大化。

步骤3中在完成对图像XTX1、XTX2中所有无效像元裁剪后，对图像XTX1(或XTX2)按照行、列的排列方向，行方向从上向下、从下向上；列方向从左向右、从右向左四个方向搜索，搜索出图像XTX1在四个方向上最早出现有效像元的位置信息，即开始行、结束行、开始列、结束列信息。

步骤3中根据计算出的图像XTX1、XTX2中所有有效像元的开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，计算图像XTX1、XTX2的左下角坐标空间地理坐标右上角空间地理坐标；同时计算图像XTX1、XTX2的最大行列数信息。

读取出图像XTX1、XTX2中像元数据，依据图像XTX1、XTX2的最大行列数、空间地理坐标一起创建两个图像数据文件。

本发明的优点是：

本发明涉及一种采用并行计算算法，通过对图像数据分组及逐个像元对进行对比的简单方法，实现将两景图像中所有有效像元对，快速提取出来的一种图像处理方法。

通过对比分析两景或多景图像在重叠区域下的图像，可以发现在同一空间位置上，在不同时期所拍摄的地物所发生的变化情况，为开展针对各种资源在不同时期的动态变化情况、如反应在空间位置上的移动、面积变化等信息，也可以通过对多期的图像数据进行分析，实现针对特定资源变化情况进行动态监测的目的。

在本发明中提出采用计算机硬件技术，以空间换时间的技术思路，将两景图像数据通过数据重采样的方法，构建成为在空间坐标范围、数据类型、大小、格式上完全一致的两景图像，并且这两景图像中的每个像元，在空间位置和像元值上都形成了一一对应的像元对关系。像元对关系的建立，为采用数据并行模式的并行计算算法设计，提供了基础和条件。

在建立像元对关系的基础上，就可以通过对图像数据按照行方向(或列放，或者数据块)进行分组，并根据计算资源的具体情况，建立多线程或多任务的方式，同步启动相应的计算处理流程进行并行计算，实现对图像数据的高效高速计算处理工作，实现将两景图像中所有有效像元对，快速提取出来的一种并行计算算法的图像处理方法。

由于像元对关系的建立和采用数据并行计算模式，为本发明所提出的裁剪算法还带来了三个非常明显的特点，一是极大地简化了裁剪算法在逻辑关系上的复杂性；二是使得程序结构更加简单清晰；三是使得系统的稳健性得到了极大的增强。

本发明具有技术流程简单明晰、完全不需要人工操作和人为判断工作，极大的提高了工作效率，避免了重叠区域信息在常规裁剪操作中所造成的有效信息的丢失，因此高效、快速、自动化、有效信息利用率高是本发明的核心技术。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的TX1、TX2两景图像叠加显示后的空间位置对应关系示意图。

图2为本发明的图像裁剪总体流程示意图。

图3为本发明的添加TX1数据到XTX1流程示意图。

图4为本发明的添加TX2数据到XTX2流程示意图。

图5为本发明的图像XTX1、XTX2共有区域裁剪流程示意图。

图6为本发明的裁剪后图像最大空间坐标范围搜索-行方向从上向下流程图示意图。

图7为本发明的裁剪后图像最大空间坐标范围搜索-行方向从下向上流程图示意图。

图8为本发明的裁剪后图像最大空间地理坐标范围搜索-列方向从左向右流程图示意图。

图9为本发明的裁剪后图像最大空间地理坐标范围搜索-列方向从右向左流程图示意图。

图10为本发明的图像并行裁剪计算总体流程图示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9及图10所示，一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，对已经完成校正、配准后的两景图像进行裁剪，并且为了提高程序的效率、减少无效的控制和判断工作，约定在图像中处于背景位置的无效像元，其像元值设置为0，而有效像元的像元值为大于0的任意值。同时为了算法描述上的方便，本例约定图像采用单波段图像。

一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，含有以下步骤；

步骤1、根据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，并根据这个空间坐标范围创建两个像元值为0的背景图像数据模板，即图像XTX1和图像XTX2；

步骤2、将两景原始图像TX1和TX2通过重采样的方式添加到所创建的图像XTX1和图像XTX2数据缓存区中，这样图像XTX1和图像XTX2中的所有像元就在空间位置和像元数据上具有了完全的一对一的对应像元对关系；

步骤3、对两景图像的每对像元逐个进行比对，如果两景图像中对应的像元对都是有效像元，则保留这对像元，如果这对像元中有一个或两个都是无效像元，则说明这对像元没有进行对比分析的价值，需要将其中的有效像元的像元值赋值为0，转变为无效像元，当完成所有像元对的比对计算处理后，也就完成了图像XTX1和图像XTX2的裁剪过程；

步骤4、对图像XTX1(或XTX2)中的有效像元的位置进行四个方向的搜索，搜索出图像的开始行、结束行、开始列、结束列信息，并根据开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，计算出图像的最大空间位置信息，即图像的左下角和右上角空间坐标信息；

步骤5、根据图像XTX1的开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，读取出裁剪后图像XTX1、XTX2像元数据，在依照图像的空间位置信息生成裁剪后的图像文件，即完成了两景图像的裁剪流程。

步骤6、保存裁剪后图像文件。

从上述步骤可以看出：可以将图像数据按行或列(或数据块)的方式进行数据分组，以数据并行模式分配给不同的计算资源(如不同的计算机、线程、或GPU设备)，同时进行两景图像中对应像元对的逐个进行比对裁剪操作的并行计算，而不会对图像的裁剪操作产生任何影响。

下面将基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法进行论述：

两景图像在空间位置上具有重叠关系的示意图：图1为两景图像叠加显示后它们各自空间位置上所产生的对应关系示意图。从图1中可见：

图像TX1的左下角坐标：TX1_X1，TX1_Y1，右上角坐标TX1_X2，TX1_Y2.

图像TX2的左下角坐标：TX2_X1，TX2_Y1，右上角坐标TX2_X2，TX2_Y2.

叠加图像DJTX的左下角坐标：TX1_X1，TX1_Y1，右上角坐标TX2_X2，TX2_Y2.

图像TX1、TX2具有重叠部分的图像，称为重叠图像CDTX，它的左下角坐标为：TX2_X1，TX2_Y1，右上角坐标为TX1_X2，TX1_Y2.

而本发明的算法的目的就是去掉图像TX1、TX2中没有重叠部分的像元，达到将具有完全重叠部分图像TX1、图像TX2中裁剪出来的目的，形成两个新的在空间坐标上具有完全重叠关系的图像数据。

实施例2：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9及图10所示，一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，总体步骤见图2所示。

步骤1、根据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，并根据这个空间坐标范围创建两个像元值为0的背景图像数据模板，即图像XTX1和图像XTX2；

步骤2、将两景原始图像TX1和TX2通过重采样的方式添加到所创建的图像XTX1和图像XTX2数据缓存区中，这样图像XTX1和图像XTX2中的所有像元就在空间位置和像元数据上具有了完全的一对一的对应关系；

步骤3、对两景图像中的每个像元对逐个进行比对，如果这对像元都是有效像元，则保留这对像元；如果这对像元中有一个或两个都是无效像元，则这两个像元不能进行对比分析，需要将其中那个有效像元的像元值赋值为0，变成无效像元。当完成图像XTX1、XTX2中所有像元对的对比计算处理后，图像XTX1、XTX2中只保留了既相互重叠又都是有效像元对的两景图像的裁剪流程，并且做到了有效信息利用的最大化。

步骤4、对图像XTX1或图像XTX2中的有效像元进行搜索，搜索出图像的开始行、结束行、开始列、结束列信息，并根据开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，计算图像的最大行列数信息，计算图像的最大空间位置信息，即图像的左下角和右上角空间坐标信息；

步骤5、根据图像的开始行、结束行、开始列、结束列读取裁剪后图像数据，在依照图像的空间位置信息生成裁剪后的图像文件，即完成了两景图像的裁剪流程。

步骤6、保存裁剪后图像文件。

一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，还含有以下步骤：

步骤1的据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，并根据这个空间坐标范围创建两个像元值为0的背景图像数据模板，即图像XTX1和图像XTX2步骤含有获取图像基本信息，计算两景图像最大空间范围信息流程步骤；

步骤1.1、获取两景图像的基本参数步骤；

为了描述简单，假设两景图像TX1，TX2的行列数、空间分辨率相同。

步骤1.2、获取两景图像的行列数信息，假设图像为1024*1024。即图像的行数(X方向)TX1_HS＝TX2_HS＝1024，列数(Y方向)TX1_HS＝TX2_LS＝1024；

步骤1.3、获取两景图像的空间分辨率，图像像元的地面分辨率为16*16米；DM_FBL＝16米。则图像的地面覆盖范围为：X方向长度1024*16米＝16384米，Y方向长度1024*16米＝16384米。

步骤1.4、图像TX1的左下角坐标(TX1_X1，TX1_Y1)，右上角坐标(TX1_X2，TX1_Y2)；图像TX2的左下角坐标(TX2_X1，TX2_Y1)，右上角坐标(TX2_X2，TX_Y2)；

步骤1.5、获取图像的空间位置地理坐标信息。图像TX1(地理坐标单位：米)左下角地理坐标(10000，10000)；右上角地理坐标(26384，26384)；

步骤1.6、图像TX2(地理坐标单位：米)左下角地理坐标的左下角坐标(10480，10480)；右上角地理坐标(26864，26864)；

步骤1.7、计算两景图像叠加(DJTX)的最大地理空间范围步骤；

步骤1.7.1、景图像叠加后的最大覆盖区域：图像TX1的左下角坐标(TX1_X1，TX1_Y1)；图像TX2的右上角坐标(TX2_X2，TX_Y2)。

步骤1.7.2图像叠加后的地理坐标范围：图像TX1左下角地理坐标(10000，10000)，图像TX2右上角地理坐标(26864，26864)；图像X方向长度为：26864-10000＝16864米，折合像元数为：16864/16＝1054个；图像Y方向长度为：26864-10000＝16864米，折合像元数为：16864/16＝1054个，即裁剪后的图像最大行数为：PJ_TX_HS＝1054,图像最大列数：PJ_TX_LS＝1054。

步骤1.7.3、像TX1在叠加图像DJTX中的像元行列排列范围是：(0，0)到(1024,1024)。

步骤1.7.4、像TX2在叠加图像DJTX中的像元行列排列范围是：(30，30)到(1054,1054)。

步骤1.7.5、如果两景图像叠加后的空间覆盖范围，既叠加图像的X、Y长度值不是图像地面分辨率(DM_FBL)的整数倍，则将叠加图像的X、Y长度分别进行延长加大处理，调整X、Y长度值分别为图像地面分辨率的最小整数倍。

步骤2的将两景原始图像TX1和TX2通过重采样的方式添加到所创建的图像XTX1和图像XTX2数据缓存区中，这样图像XTX1和图像XTX2中的所有像元就在空间位置和像元数据上具有了完全的一对一的对应关系。其具体过程含有以下步骤；

步骤2.1、将两景图像按照最大空间范围重采样形成新的图像数据XTX1、XTX2流程步骤；

步骤2.2、根据叠加图像像元的最大行列数信息，创建两个新的图像数据区XTX1和XTX2，即图像的最大行列数为：1054*1054。

步骤2.3、将图像TX1、TX2中的每个像元通过重采样分别添加到图像XTX1、XTX2中；形成两景在空间和数据上完全对应的两景新图像XTX1和XTX2。

步骤2.4、建立一个数据重采样流程，将图像TX1中的像元数据添加到XTX1中，其处理流程见图3所示。

如图3所示，添加TX1数据到XTX1流程说明；

一、循环参数设置：

1、设置一个循环中从图像TX1添加几行像元到XTX1，图像行计数器：TJ_HS＝n，n行；行计数器：H_JSQ；初值0；

2、设置图像TX1像元存储地址，开始地址TX1_DZ，初值＝0；

3、图像TX1每行像元数：TX1_H_XYS；常数；

4、已经添加的像元数，TJ_XYS,初值＝0；

5、图像XTX1每行像元数，XTX1_H_XYS；常数；

6、图像XTX1开始地址，XTX1_KS_DZ＝0；

二、循环过程：

1、从图像TX1开始地址，TX1_DZ＝0中读取一个像元，写入到图像XTX1地址XTX1_KS_DZ中；

2、添加的像元个数计数器加1，TJ_XYS+1；

3、判断添加像元个数计数器的个数TJ_XYS，是否等于图像TX1每行像元数TX1_H_XYS，TJ_XYS＝TX1_H_XYS；

4、不等于，图像TX1开始地址+1；TX1_DZ+1；图像XTX1开始地址+1，XTX1_KS_DZ+1；转到步骤1；

5、等于，行计数器+1，H_JSQ+1；判断行计数器数值是否等于设置的添加几行像元到XTX1的添加行计数器，TJ_HS H_JSQ＝TJ_HS；设置添加像元个数计数器TJ_XYS＝0；

6、不等于，图像TX1开始地址+1；TX1_DZ+1；计算图像XTX1的下一行开始地址，XTX1_KS_DZ＝XTX1_H_XYS*H_JSQ+TJ_XYS；转到步骤1；

7、等于，即行计数器H_JSQ数值，等于所设置的需要添加几行像元到XTX1的添加行计数器TJ_HS，TJ_HS＝H_JSQ，完成添加几行TX1数据到XTX1流程；

图4流程与图3流程完全相同，如图4所示，只是将图像TX1、XTX2更换为图像TX2、XTX2，文字描述相同。

步骤3的对两景图像的每个像元逐个进行比对，如果两景图像中对应的像元是有效像元，则保留这个像元，如果这两个像元中有一个是无效像元，则说明这两个像元在空间位置上没有发生重叠，这两个像元没有可以对比的地方，需要将这个有效像元的像元值赋值为0，当完成所有像元的比对计算处理后，也就完成了图像XTX1和图像XTX2的裁剪过程步骤含有图像XTX1、XTX2共有区域裁剪流程步骤；

步骤3.1、建立一个循环过程，流程图见图5所示，图像XTX1、XTX2共有区域裁剪流程说明；

一、循环参数设置：

1、设置一个裁剪流程需要裁剪图像的行数CJ_HS；,初值＝N；

2、XTX1图像每一行像元数量XTX1_H_XYS；常数；

3、设置裁剪数据XTZ1，XTX2存储开始地址：XTZ1_DZ＝0，XTZ2_DZ＝0；像元值XYZ1，XYZ2；

4、裁剪像元个数计数器CJ_JSQ初值＝0；裁剪行数CJ_HS_JSQ＝0；二、循环过程：

1、从图像XTX1、XTX2开始地址，XTX1_DZ、XTX2_DZ中分别读取一个像元XYZ1和XYZ2；

2、判断像元XYZ1和XYZ2的像元值是否为0，即XYZ1＝0或者XYZ2＝0；

3、如果XYZ1、XYZ2中有一个为0，设置XYZ1＝0，XYZ2＝0，并将XYZ1＝0、XYZ2＝0分别写入到图像XTX1、XTX2地址XTX1_DZ、XTX2_DZ中；

4、如果XYZ1、XYZ2都不是0，裁剪像元个数计数器+1，CJ_JSQ+1；

5、判断裁剪像元个数计数器CJ_JSQ数值，是否等于XTX1图像每一行像元数量XTX1_H_XYS，即XTX1_H_XYS＝CJ_JSQ；

6、不等于，图像XTX1、XTX2地址+1，XTX1_DZ+1，XTX2_DZ+1；转到步骤1。

7、等于，裁剪行数计数器+1，CJ_HS_JSQ+1；清除裁剪像元个数计数器，CJ_JSQ＝0；

8、判断需要裁剪图像的行数CJ_HS，是否等于裁剪行数计数器CJ_HS_JSQ，即CJ_HS＝CJ_HS_JSQ；

9、不等于，转到步骤6；

10、等于，完成设置中预定的裁剪图像的行数CJ_HS要求，退出图像XTX1、XTX2共有区域裁剪流程。

分别从XTX1、XTX2中顺序读取像元(像元XY1和像元XY1)并进行判断，如果XY1、XY2都是有效像元，则保留这两个像元；

步骤3.2、如果像元XY1为无效像元，则将像元XY2赋值为无效像元；

步骤3.3、如果像元XY2为无效像元，则将像元XY1赋值为无效像元；

步骤3.4、重复上述过程完成对所有像元的裁剪过程。

步骤4的对图像XTX1或图像XTX2中的有效像元进行搜索，搜索出图像的开始行、结束行、开始列、结束列信息，并根据开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，计算出图像的最大空间位置信息，即图像的左下角和右上角空间坐标信息含有以下步骤；

步骤4.1、裁剪后图像最大空间地理坐标范围搜索流程步骤；

步骤4.2、行方向从上向下搜索；

建立一个行方向从上向下搜索循环，对XTX1(或XTX2，因为二者相同)按照行方向，从第一行向最后一行搜索，每次读取一个像元，如果在搜索中出现有效像元值XYZ1，则记录出现该像元的当前行的行位置信息，即结束行H_JS，退出行方向从上向下循环。

见图6所示,图像最大空间地理坐标范围搜索流程-行方向从上向下说明；

一、循环参数设置：从第一行向最后一行进行搜索

1、设置行计数器：H_JSQ，常数，图像最大行数；

2、图像每行像元数：H_XYS；常数；结束行H_JS；

3、XTZ1开始地址，XTZ1_DZ＝H_XYS*L_XYS，指向最大行列位置像元；像元值XYZ1

4、搜索列像元个数计数器SS_LJSQ初值＝0；

二、循环过程：

1、从图像XTX1开始地址XTX1_DZ中读取一个像元XYZ1；

2、判断像元XYZ1的像元值是否为0，即XYZ1＝0；

3、如果XYZ1≠0，保存当前行计数器H_JSQ位置信息到结束行参数H_JS，H_JS＝H_JSQ；结束行方向从上向下搜索流程。

4、如果XYZ1＝0，搜索列像元个数计数器+1，SS_LJSQ+1；

5、判断搜索列像元个数计数器SS_LJSQ数值，是否等于图像XTX1每一行像元数H_XYS，即H_XYS＝SS_LJSQ；

6、不等于，图像XTX1地址+1，XTX1_DZ+1，转到步骤1。

7、等于，行数计数器-1，H_JSQ-1；清除搜索列像元个数计数器，SS_LJSQ＝0；转到步骤6。

步骤4.3、行方向从下向上搜索；

建立一个行方向从下向上搜索循环，对XTX1(或XTX2，因为二者相同)按照行方向，从最后一行向第一行搜索，每次读取一个像元，如果在搜索中出现有效像元值XYZ1，则记录出现该像元的当前行的行位置信息，即开始行H_KS，退出行方向从下向上循环。

见图7所示,图像最大空间地理坐标范围搜索流程-行方向从下向上说明；

二、循环参数设置：从第一行向最后一行进行搜索

1、设置行计数器：H_JSQ＝0；

2、图像每行像元数：H_XYS；常数；结束行H_JS；

3、XTZ1开始地址，XTZ1_DZ＝H_XYS*L_XYS，指向最大行列位置像元；像元值XYZ1

4、搜索列像元个数计数器SS_LJSQ初值＝0；

二、循环过程：

1、从图像XTX1开始地址XTX1_DZ中读取一个像元XYZ1；

2、判断像元XYZ1的像元值是否为0，即XYZ1＝0；

3、如果XYZ1≠0，保存当前行计数器H_JSQ位置信息到结束行参数H_JS，H_JS＝H_JSQ；结束行方向从上向下搜索流程。

4、如果XYZ1＝0，搜索列像元个数计数器+1，SS_LJSQ+1；

5、判断搜索列像元个数计数器SS_LJSQ数值，是否等于图像XTX1每一行像元数H_XYS，即H_XYS＝SS_LJSQ；

6、不等于，图像XTX1地址+1，XTX1_DZ+1，转到步骤1。

7、等于，行数计数器+1，H_JSQ+1；清除搜索列像元个数计数器，SS_LJSQ＝0；转到步骤6。

步骤4.4、列方向从左向右搜索；

建立一个列方向从左向右搜索循环，对XTX1(或XTX2，因为二者相同)按照图像列的排列方向，从第一列向最后一列搜索，每次读取一个像元，如果在搜索中出现有效像元值XYZ1，则记录出现该像元的当前列的位置信息，即开始列L_KS，退出列方向从左向右搜索循环。

见图8所示,图像最大空间地理坐标范围搜索流程-列方向从左向右说明；

一、循环参数设置：从第一列向最后一列进行搜索；

从第一列向最后一列搜索：地址每个循环增加1行像元数；

1、设置行、列计数器：H_JSQ＝0；L_JSQ＝0；

2、图像每列像元数：L_XYS；常数；

3、设置数据XTX1存储开始地址,XTX1_DZ，初值＝0；第一行第一列位置；

4、搜索列像元计数器SS_LJSQ初值＝0；对应为图像的行位置信息。

5、列开始位置参数L_KS；像元值XYZ1；

二、循环过程：

1、从图像XTX1开始地址XTX1_DZ中读取一个像元XYZ1；

2、判断像元XYZ1的像元值是否为0，即XYZ1＝0；

3、如果XYZ1≠0，保存当前列计数器L_JSQ位置信息到开始列参数L_KS，L_KS＝L_JSQ；结束列方向从左向右搜索流程。

4、如果XYZ1＝0，搜索列计数器+1，SS_LJSQ+1；行计数器+1，H_JSQ+1；

5、判断搜索列数计数器SS_LJSQ数值，是否等于图像XTX1每一列像元数L_XYS，即SS_LJSQ＝L_XYS；

6、不等于，图像XTX1下一列开始地址计算，地址应指向下一行所对应的列计数器位置；XTZ1_DZ＝H_XYS*H_JSQ+L_JSQ，转到步骤1。

7、等于，清除行数计数器，H_JSQ＝0；清除搜索列像元计数器，SS_LJSQ＝0；列计数器+1，L_JSQ+1，转到步骤6，开始下一列搜索。

步骤4.5列方向从右向左搜索；

建立一个列方向从右向左搜索循环，对XTX1(或XTX2，因为二者相同)按照图像列的排列方向，从最后一列向第一列搜索，每次读取一个像元，如果在搜索中出现有效像元值XYZ1，则记录出现该像元的当前列的位置信息，即开始列L_JS，退出列方向从右向左搜索循环。

见图9所示,图像最大空间地理坐标范围搜索流程-列方向从右向左说明

一、循环参数设置：从第最后一列向最一列进行搜索；

1、设置行、列计数器：H_JSQ＝0；L_JSQ＝H_XYS；对应第一行最右侧一列像元位置信息；列结束位置L_JS；

2、图像每列像元数L_XYS；常数；每行像元数H_XYS；常数；

3、XTZ1存储开始地址,XTZ1_DZ＝H_XYS，像元值XYZ1

4、搜索列像元计数器SS_LGSQ初值＝0；对应为图像的行位置信息二、循环过程：

1、从图像XTX1开始地址XTX1_DZ中读取一个像元XYZ1；

2、判断像元XYZ1的像元值是否为0，即XYZ1＝0；

3、如果XYZ1≠0，保存当前列计数器L_JSQ位置信息到结束列参数L_JS，L_JS＝L_JSQ；结束列方向从右向左搜索流程。

4、如果XYZ1＝0，搜索列计数器+1，SS_LJSQ+1；

5、判断搜索列数计数器SS_LJSQ数值，是否等于图像XTX1每一列像元数L_XYS，即SS_LJSQ＝L_XYS；

6、不等于，图像XTX1下一列开始地址计算，地址应指向下一行所对应的列计数器位置；XTZ1_DZ＝H_XYS*H_JSQ+L_JSQ，转到步骤1。

7、等于，清除行数计数器，H_JSQ＝0；清除搜索列像元计数器，SS_LJSQ＝0；列计数器-1，L_JSQ-1；地址指向第一行，从列计数器指定的列开始新一列的搜索。转到步骤6，开始下一列搜索。

步骤4.6、图像XTX1空间最大范围步骤；

步骤4.6.1、从上述四个搜索中已经确定了图像XTX1和XTX2有效像元的最大和最小行列数数值，即开始行列信息(H_KS,L_KS)和结束行列信息(H_JS,L_JS)；在这个范围之外的像元都是无效像元。

步骤4.6.2、根据新图像XTX1或XTX2有效像元的行列数范围，计算出新图像XTX1或XTX2中有效像元区域的空间地理坐标信息，即裁剪后的图像左下角坐标：

CJTX1_X1＝10000+H_KS*16米；

CJTX1_Y1＝10000+L_KS*16米；

右上角坐标：

CJTX1_X2＝10000+H_JS*16米；

CJTX1_Y2＝10000+H_JS*16米；

步骤4.6.3、根据新图像XTX1或XTX2有效像元的行列数范围，计算出新图像XTX1或XTX2的最大行列数信息：

图像XTX1或XTX2的最大行列数：

HS_max＝H_JS-H_KS；

LS_max＝LH_JS-LH_KS；

步骤5的根据图像的开始行、结束行、开始列、结束列读取裁剪后图像数据，在依照图像的空间位置信息生成裁剪后的图像文件，即完成了两景图像的裁剪流程步骤含有以下步骤；

步骤5.1、从图像XTX1中根据有效像元的行列开始位置到行列的结束位置信息，读取有效像元信息，在加上裁剪后的图像CJTX1的空间地理坐标信息，图像的最大行、列数信息构建出裁剪后的图像数据文件。

步骤5.2、同理，从图像XTX2中根据有效像元的行列开始位置到行列的结束位置信息，读取有效像元信息，在加上裁剪后的图像CJTX1的空间地理坐标信息，图像的最大行、列数信息构建出裁剪后的图像数据文件。

实施例3：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9及图10所示，一种基于并行计算算法的两景图像重叠区域快速获取方法，图像裁剪的并行计算方法为：确定将要对两景原始图像TX1、TX2，按照它们叠加后的最大空间地理坐标范围，分别进行重采样生成新的图像数据XTX1、XTX2；对新产生的图像数据XTX1、XTX2进行裁剪操作。

而且对原始图像TX1和TX2的重采样操作和对图像数据XTX1、XTX2所进行的裁剪操作在数据的使用上没有产生相互交叉和重复调用的情况，并且流程清晰、逻辑关系简单，需要增加数据分组和数据合并两个操作步骤就可以将图像裁剪操作由串行计算转变成为并行计算程序了。

(一)、数据的分组并行计算步骤；

1、数据重采样流程；

对于数据重采样流程，最简单的并行计算就是将两个原始图像数据TX1、TX2分配给两个线程或计算资源，同时进行数据重采样流程，同时进行并行计算并生成新的图像数据XTX1、XTX2，而不会对整体流程产生任何影响。

2、图像TX1每个像元重采样添加到图像XTX1的并行计算；

同样在图像TX1、TX2每个像元重采样添加到图像XTX1、XTX2流程中，只要在流程中增加一个“添加几行像元TJ_HS”参数，即设置一个流程中需要从图像TX1添加几行像元到图像XTX1数据缓存区中；如果选择TJ_HS＝图像TX1的最大行数，则一个流程完成后，就将TX1的所有像元全部添加到图像XTX1数据缓存区中了。但如果将图像TX1的按照最大行数分组的方法，设置多个线程或计算资源，就可以实现多个流程的同步并行计算了。需要注意的是，对每个流程中图像TX1和XTX1的数据读写地址分别根据所设置的开始行的位置，给出不同的开始地址，就能非常简单的对待创建融合拼接图像XTX1进行并行计算了。

3、图像XTX1、XTX2重叠区域的裁剪操作流程步骤；

而对于图像裁剪流程，则可以对图像数据XTX1、XTX2，按照图像的行数平均划分为几个组，分别分配给几个线程或其它计算资源对图像数据XTX1、XTX2进行裁剪并行计算。

(二)、图像裁剪后的最大空间地理坐标范围搜索步骤；

由于对图像数据XTX1、XTX2所进行的重叠区域裁剪操作结果都保存在图像数据XTX1、XTX2中，所以对第五步裁剪后图像最大空间地理坐标范围搜索流程也没有产生任何影响，可以按照原来的操作流程继续进行。

同时如果为了进一步提高运算速度，也可以考虑将四个方向的搜索操作流程分别指派给四个线程或其他计算资源进行并行计算搜索操作，在对四个搜索结果进行排序，获得图像XTX1的空间地理坐标信息。

(三)、保存裁剪后图像文件流程步骤；

在完成对原始图像TX1、TX2的数据重采样，分组并行计算生成新的图像数据XTX1、XTX2，在对图像数据XTX1、XTX2进行重叠区域裁剪，裁剪后的最大空间地理坐标范围搜索三步并行计算操作后，就又回到了保存裁剪后图像文件流程。

图像并行裁剪计算总体流程见图10所示,图像并行裁剪流程说明；

一、获取图像基本信息，计算两景图像最大空间范围信息流程；

此流程与串行计算相同，在此就不做描述了；

二、将图像TX1、TX2重采样形成新的图像数据XTX1、XTX2流程；

1、将两景图像TX1、TX2分别独立进行并行计算；

将图像TX1、TX2重采样形成新的图像数据XTX1、XTX2，在图3和图4流程图中已经做过介绍。与图3和图4不同的是在图10流程图中，图3和图4这两个流程图是并列关系，也就是这两个流程是可以同步进行并行计算的，具体是采用多线程还是多计算机的方式进行，则需要在具体实施中根据计算机硬件资源状况进行安排。

2、将图像TX1分组进行并行计算；

另外在图3和图4流程图中，在参数设置中有一个“添加几行像元到XTX1，TJ_HS＝n”，设置这个参数的目的是：当添加图像行数为图像TX1、TX2的最大行数时，图3、4流程完成后，就将图像TX1、TX2重采样全部添加到图像XTX1、XTX2中了。但是如果将图像TX1按行数进行分组(如分为两组，每组为512行)，每一个流程计算处理一组数据时，同时启动两个图3流程，也可以实现并行计算的目的；但能够实现并行计算的根本原因是因为该算法逻辑关系简单、算法结构清晰、数据对应关系明确唯一。因为在图3流程中，只有两个关键参数：一是设置每次添加几行像元到图像XTX1中，二是地址计算，计算出从图像TX1中读取那几行数据，写入到图像XTX1中的对应的那几行地址就可以了。

3、将图像TX2分组进行并行计算；

步骤同上。

三、图像XTX1、XTX2裁剪流程；

1、在流程图5中介绍了对图像XTX1、XTX2的裁剪操作过程。

2、同样在流程图5中也设置了“需要裁剪图像的行数CJ_HS，初值＝N”这样一个参数，其目的和道理是与将图像TX1分组进行并行计算完全相同。

3、但是与图3、图4不同的是，在裁剪中需要同时对图像XTX1、XTX2进行操作，但由于建立了两景图像XTX1、XTX2间的空间和数据上的一一对应的像对关系，在裁剪过程中就不需要考虑和计算它们之间在数据各式、大小、空间位置上的复杂关系，只需要给出图像XTX1、XTX2的存储地址，取出像元数据进行比对就可以了，这也是本专利能够进行分组并行计算的核心价值所在。

四、搜索裁剪后图像最大空间范围参数流程；

1、搜索裁剪后图像最大空间范围参数流程与图6、图7、图8、图9所示四个方向搜索相同。

2、同样，图6、图7、图8、图9这四个流程图也是可以设计为并列关系，也就是这四个流程是可以同步进行并行计算的，因为它们在逻辑上是相互独立的，只需将图像XTX1划分出四组数据分别交给图6至图9，四个流程进行并行计算就可以了，具体是采用多线程还是多计算机的方式进行，则需要在具体实施中根据计算机硬件资源状况进行安排。

五、保存裁剪后图像文件流程；同前所述。

六、图像裁剪结束。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种两景图像重叠区域快速获取方法，其特征在于含有以下步骤；

步骤1、根据两景图像在空间位置上的对应关系，计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，并根据这个空间坐标范围创建两个像元值为0的背景图像数据模板，即图像XTX1和图像XTX2；

步骤2、将两景原始图像TX1和TX2通过重采样的方式添加到所创建的图像XTX1和图像XTX2数据缓存区中，这样图像XTX1和图像XTX2中的所有像元，就在空间位置和像元数据上具有了完全的一对一的对应关系；

步骤3、对两景图像中在空间位置重叠的每对像元逐个进行比对，如果这对像元是有效像元，则保留这对像元，如果这对像元中有一个或两个是无效像元，则这对像元没有进行对比分析的价值，需要将其中的有效像元的像元值赋值为0，转变为无效像元；当完成所有像元对的比对计算处理后，也就完成了图像XTX1和图像XTX2的裁剪过程；

步骤4、对图像XTX1或图像XTX2中的有效像元进行搜索，搜索出图像的开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，并根据开始行、结束行、开始列、结束列位置信息，计算出图像的最大空间位置信息，即图像的左下角和右上角空间坐标信息；

步骤3中在完成对图像XTX1、XTX2中所有无效像元裁剪后，对图像XTX1或XTX2按照行、列的排列方向，行方向从上向下、从下向上；列方向从左向右、从右向左四个方向搜索，搜索出图像XTX1或XTX2在四个方向上最早出现有效像元的位置信息，即开始行、结束行、开始列、结束列位置信息；

步骤5、根据步骤4中获得的图像的开始行、结束行、开始列、结束列位置信息读取裁剪后图像数据，在依照图像的空间位置信息生成裁剪后的图像文件，即完成了两景图像的裁剪流程；

步骤6、保存裁剪后图像文件。

2.根据权利要求1所述的一种两景图像重叠区域快速获取方法，其特征在于步骤1中计算出能够完全包含两景图像的最大空间坐标范围，进一步包括，如果这个空间坐标范围不是图像像元地面分辨率的整数倍，则加大空间坐标范围，调整为像元地面分辨率的整数倍；目的是建立空间位置关系上对应关系。

3.根据权利要求2所述的一种两景图像重叠区域快速获取方法，其特征在于步骤1中，根据空间位置关系计算图像TX1、TX2在图像XTX1、XTX2中的存放位置，即图像TX1、TX2的开始行、开始列、结束行、结束列位置信息，对应到图像XTX1、XTX2中是从什么行列位置开始放置，到什么行列位置结束；即计算图像XTX1、XTX2中放置图像TX1、TX2的开始行、开始列、结束行、结束列位置信息。

4.根据权利要求3所述的一种两景图像重叠区域快速获取方法，其特征在于步骤1中，根据在该步骤计算得到的图像TX1、TX2放置到图像XTX1、XTX2中的开始行、开始列、结束行、结束列位置信息，将图像TX1、TX2通过重采样分别添加到图像XTX1、XTX2中。

5.根据权利要求1所述的一种两景图像重叠区域快速获取方法，其特征在于步骤3中有计算图像XTX1、XTX2的最大行列数信息的步骤。

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