遥感影像数据投影变换方法及应用研究

摘要：针对GIS遥感影像数据投影变换特点，对影像数据变换的金字塔中间图像、分块仿射变换、最临近内插等技术与方法进行了研究。着重阐述了遥感影像数据投影中的难点，提出了影像投影优化的研究思路及关键技术，解决了投影中遇到的主要问题。最后通过项目实践验证了影像投影变换技术在中海油GIS平台中的应用效果及意义。

关键词：GIS ；遥感影像；投影变换；海洋石油

中图分类号：TP317.4文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）006-0134-02

作者简介：杨建钦（1982-），男，硕士，中海油研究总院信息数据中心软件工程师，研究方向为信息系统设计与开发。

0引言

GIS由于其图形直观展示、空间查询计算、集成各专业数据等技术特点，在海洋石油领域得到了广泛应用。遥感影像数据作为GIS数据的一种重要组织和存储方法，由于其获取的方便、经济、大范围等特点，并且能够为决策提供更强的时效性信息，从而成为GIS平台很重要的数据来源[1]。

遥感影像数据组织为栅格像素矩阵形式，为了很好地与二维矢量数据一样在GIS平台的不同投影下显示，栅格数据的投影问题是无法回避的技术难题。如何精确、高效地进行栅格数据投影是本文研究的重点。本文提出了一种栅格地图投影变换优化方法，运用了金字塔技术、中间图像技术、多线程技术及分块仿射技术，综合提高了栅格数据投影显示的效率，并使用最近内插技术进行了栅格数据的重采样，提供了具体思路和实现流程。利用本文提出的方法可以优化栅格影像地图投影变换。

1栅格投影特点及技术研究

1.1栅格投影变换难点

栅格数据是按网格单元的行与列排列，是具有不同灰度或颜色的矩阵数据。栅格投影变换是从一种矩阵排列到另一种矩阵排列变形的过程。栅格地图投影变换使用到的优化技术方法是本文研究的核心内容。目前基本方法为解析变换法[2]。即找出两投影间的解析关系式，即{xi，yi}{Xi，Yi}。常用的数值解析变换法存在以下3个问题：

（1）海量遥感数据的广泛应用，使得计算机显示效率低。随着遥感影像数据的分辨率逐步提高， 高分辨率数据量呈几何级增长。利用金字塔技术能实现遥感影像的快速搜索与显示，具有局部图像快速更新、图像无缝连接等优点，但在显示效率上还有优化空间。

（2）遥感影像数据量大、投影效率低，投影算法复杂。按逐个像素进行投影的效率极为低下，特别是在图像漫游显示过程中，不断读取硬盘中的数据在所难免，因此需要解决的是如何尽量减少这种硬盘操作时的读取数据量及读取次数。

（3）准确率低。图像的重采样是研究栅格投影变换后图像修补的主要算法，在新的图像长宽下，对变换后的结果进行评估和分析，确定变换结果。

1.2研究思路及关键技术

1.2.1研究思路与方法

如何解决海量数据的显示问题，如何高效地进行遥感影像数据的投影，基本思路如图1所示。

（1）对于栅格地图投影变换，处理的对象是原始影像通过金字塔分级切片以后的瓦片图像，所以栅格投影变换可以看作是瓦片从一个平面到另一个平面的变换[3]。通过当前屏幕大小找到屏幕范围下的瓦片文件作为中间图像，按当前投影存入文件缓存中。

（2）针对每一个瓦片进行投影变换，为提高效率采用多线程和分块映射的方法[4]。并重新计算仿射后瓦片新的长度和宽度，采用像素映射按位置对应关系进行投影。

（3）最后按插值算法重采样进行空白修补，分边缘修补及整体修补两种方法。

1.2.2中间图像技术

成熟的瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型，一般思路是从瓦片金字塔的底层到顶层，按分辨率由高到低的次序，以文件瓦块的方式分层存储。快速找出具体瓦片的位置即层名及文件名，作为中间图像放入文件缓存中，再进入下一步的投影变换[5]。

在中间图像中，不只是简单地将原始遥感图像进行分块后存储，而是在建立中间图像过程中，属性数据与图像数据分别存放在两个文件，文件命名规则以投影代号—层号—纬度代号—经度代号的规则编码组成。建立了分级中间图像后，就可以实现所有格式图像的统一显示和处理，从而大大降低了图像处理系统的开发工作量和程序代码量，也使得开发人员可以集中精力开发针对中间图像的处理。

1.2.3分块仿射技术

每一个瓦片图片投影变换，通常是对瓦片每一个像素进行像素级的一个个投影算法的变换，由于投影算法本身比较复杂，效率相当低。这里采用分块仿射技术，先按等大小分块，计算每块的大地坐标，再针对每一小块像素点投影后坐标进行插值计算大地坐标。在具体设置影像数据块大小时，为了配合金字塔技术，通常数据块的宽、高取为2的整数幂，本文的影像数据块划分大小为m_oldRow /_DEG@m_oldRow /_DEG。这种分块仿射技术使得投影的效率大幅提高，提高了_DEG倍。

1.2.4最临近内插技术

由于考虑到图像效率问题，这里采用了简单的像素映射填充法。映射算法是逐像素、逐行地产生输出图像。即设（u，v）为源图像上的点，（x，y）为目标图像上的点，则空间变换就是将源图像上（u，v）处的颜色值与目标图像上（x，y）处的颜色对应起来[6-7]。

除了采用多线程进行每块的仿射变换，还需确定新的图片长宽大小，以便建立像素RGB映射关系。本文的算法是先求中线的倾角，以确定位图扭曲的角度进而确定新位图的宽高（尽可能保持像素为1∶1的分辨率），图2为投影后图像长宽的计算方法。

图像投影后处理包括图像空洞填补等问题，每个像素的灰度级由邻近像素的插值所唯一确定，最简单的插值算法是最邻近插值，也称为零阶插值，输出的像素灰度值等于距离它映射到的位置最近的输入像素的灰度值。最邻近插值算法简单效率高，在许多情况下都能得到令人满意的结果。

2实现与应用

公共GIS平台主界面是GIS底图，左边是空间对象的类别列表，显示遥感影像如图3所示。该公共GIS平台在海洋石油多个专业系统有着广泛应用。

3结语

本文针对海洋石油领域的需求实际，对优化的遥感影像投影技术引入海洋石油领域的方法及实践进行了研究，是GIS数据高效显示从矢量到栅格方式的飞跃。其重要意义在于通过采用中间图像技术、栅格分块仿射技术、临近内插技术，使得在充分利用计算机软硬件资源的基础上很好地解决了海量遥感图像投影中的关键性问题，并且系统在实际工作中有很好的应用效果。

参考文献：

[1]张云飞，张钦，杨建钦，等. 基于空间对象的公共GIS模型及其在海洋石油信息化中的应用[J].中国海上油气，2009（3）.

[2]许勇，万国龙.海量图像数据快速显示技术[J].计算机工程与设计，2003（6）.

[3]吴信才，郭玲玲，李军.RDBMS和COM量的海遥感影像数据的管理和Web[J].中国图像图形学报，2002（4）.

[4]张怀莉，王卫安.几种Web GIS 技术解决方案综述[J].东北测绘，2003（12）.

[5]陈述彭，鲁学军，周成虎.地理信息系统导论[M].北京：科学出版社，2000.

[6]章孝灿.海量遥感图象快速显示技术[J].中国图像图形学报，2002（10）.

[7]ZHANG L I.Geographic information system in the Internet age[J].A cta Geodaetica et Cartograph ica Sinica，2002（1）.

[8]赵永平，承继成.地理信息数据描述中元数据标准化的研究[J].中国标准化，2003（3）.