数字图像的存储格式

作者&投稿:赫达 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
数字图像的文件格式的特点~

数字图像文件存储方式:(1)位映射图像。以点阵形式存取文件,读取时候按点排列顺序读取数据。(2)光栅图像。也是以点阵形式存取文件,但读取时候以行为单位进行读取。(3)矢量图像。用数学方法来描述图像。
MacPaint格式,也称PNTG格式:Apple系列上通用的图像格式,Macitosh的屏幕是以白色为底,而PC的屏幕是以黑色为底,所以在MAC和在PC上读取MacPaint格式的图像数据要互为反相。PNTG文件图像的宽和高固定为576*720象素。PNTG图像由三部分构成:Mac Binary Header、图案数据和压缩后的图像数据。在PC上,Mac Binary Header和图案数据没有任何用处,所以可以直接读取图像数据。
BMP格式:Windows采用的图像存储格式,由四部分组成:位图文件头、位图信息头、调色板和位图数据。位图文件头定义了位图的类型、文件大小等,位图信息头定义位图的高、宽、色彩位数、是否压缩、分辨率等信息。调色板是一个4B的结构数组,前三个Byte分别定义了Blue、Green和Red三个颜色的值,最后一个Byte保留。BMP每个象素点颜色组成的顺序是BGR,与其他格式的RGB不同,因此进行格式转换的时候需要变换字节顺序。调色板并不是位图文件所必须的,当位图为单色、16色或者256色的时候,位图数据存储的并不是真实的象素颜色值,而是该颜色在调色板的一个索引值。而对于24位或者32位真彩色的BMP,其图像数据存储的就是每个象素点对应的BGR值,所以不需要调色板。位图数据里面,单色、16色和256色存储的是调色板的颜色索引,所以单色位图用1位就能表示该象素的颜色,所以1个B可以存储8个象素。16色位图,需要4位表示一个象素的颜色,所以1B表示2个象素。256色位图,1B刚好表示一个象素。真彩色位图,需要一个B表示Blue,一个B表示Green,一个B表示Red,因此需要三个字节才能表示一个象素。对于BMP图像,宽度必须是4的倍数,如果不足需要补齐。图像数据是从下到上,从左到右,即第一个数据是左下角第一个象素,第二个是左下角第二个象素……因此用BMP进行格式转换的时候,需要对象素点进行倒置。
GIF图像格式:CompuSrve公司版权的一种网络图像格式,目前有两个版本:GIF87a和GIF89a。GIF能够存储多幅图像,调色板数据包括全局调色板和局部调色板,采用LWZ压缩算法,每个调色板只能存储256色,因此图像数据一个B表示一个象素的颜色,以光栅的方式显示图像数据。GIF图像以数据块为单位存储图像的相关信息,一个GIF文件由表示图形的数据快、数据字块一级显示图形的控制信息块组成。控制块包括逻辑屏幕描述块、全局彩色表等。逻辑屏幕块定义了图片的高度和宽度,图片文件内部任意一张图片的高宽均不能超过这个值。GIF文件可以由多张彩色图像构成,所以文件有全局彩色表,每张图片也有局部彩色表,如果图片有局部彩色表,则有局部彩色表显示,如果没有,则调用全局彩色表。每幅图像由图像描述块、局部彩色表和图像数据组成,图像描述块定义图像相对图片逻辑屏幕的位置和高宽,还定义了两种存放方式:按图像行连续顺序存储和交叉方式存储。交叉显示的方法错开图像行的显示,使得图像打开的时候无须将图片全部解压缩就可以看到图像的概貌。此外还有图形控制扩展块、无格式文本扩展块和注释扩展块等。图形扩展块有个延迟时间,定义了一幅图片的等待时间,GIF就是通过图片等待一个延迟时间后换成另外一幅图片的方式实现动画播放。此外还可以定义是否保留上一幅图片、是否恢复背景图片等。

主流的有JPG PNG gif,等等
常见的存储的格式有bmp,jpg,tiff,gif,pcx,tga,exif,fpx,svg,psd,cdr,pcd,dxf,ufo,eps,ai,raw等。

遥感数据以磁带、光盘等为存储介质,由一个或多个文件组成,每个文件又以若干个记录组成。记录是作为一个单位来处理的一组相连的数据,分为物理记录和逻辑记录; 文件是由若干个逻辑记录构成的在目的、形式和内容上彼此相似的信息项的集合。逻辑记录的排列方式决定了文件的结构方式,加之不同的辅助说明信息而构成了不同的遥感数据格式。对于遥感数字图像而言,它必须以一定的格式存储,才能有效地进行分发和利用。

多波段图像具有空间的位置和光谱的信息。多波段图像的数据格式根据在二维空间的像元配置中如何存储各种波段的信息可分为四类。

1. BSQ,BIL,BIP 格式

BSQ ( Band Sequential) 格式,又称为波段序贯格式,在一个遥感数据文件内各像元DN 值相当于以 “波段” 为主要关键字、以 “行” 为次要关键字、以 “列” ( 像元号) 为第三关键字对像元 DN 值进行排序存放。

BIL ( Band Interleaved by Line) 格式,又称为波段行交叉格式,在一个遥感数据文件内各像元 DN 值相当于以 “行”为主要关键字、以 “波段”为次要关键字、以 “列”( 像元号) 为第三关键字对像元 DN 值进行排序存放。

BIP ( Band Interleaved by Pixels) 格式,又称为波段像元交叉格式,在一个遥感数据文件内各像元 DN 值相当于以 “行”为主要关键字、以 “列” ( 像元号) 为次要关键字、以 “波段”为第三关键字对像元 DN 值进行排序存放。

上述遥感数据基本格式具有不同的特点和适用范围。BSQ 格式最适合于对单个波段的整个或部分图像空间区域进行存储和读取等处理操作,如图像对比度增强、平滑、锐化等; BIP 格式为图像数据单个像元波谱特性的存储与读取提供最佳性能,如在最大似然比分类法、波段之间的加减乘除代数运算等亦宜采用该格式; BIL 方式具有以上两种方式的中间特征,提供了图像空间和像元波谱处理之间的一种折中的方式,适用于以行 ( 图像扫描行) 为单位的处理操作,如水平方向的线性影像特征增强处理等。

2. Fast - L7A 格式

该格式是美国 EDC 在沿用了以往 Landsat 数据产品快速格式的基础上而选用的记录Landsat-7 / ETM + 数据的格式之一。Fast - L7A 格式的数据由 3 个头文件及 8 个数据文件组成,3 个头文件对应 Landsat-7 数据的三个波段组: 全色波段组、可见光及近红外波段组、热红外波段组; 8 个数据文件对应 Landsat-7 数据的 8 个波段。

3 个头文件中,每个头文件包含 3 个 1536 字节的记录,分别是管理记录、辐射记录和几何记录,它们记录了产品标识信息、图像标识信息、辐射校正系数、地图投影、地球模型、太阳高度角和方位角等图像数据辅助信息。8 个数据文件中,每个文件仅含一个波段的数据而不含头尾记录,图像数据按行顺序排列,并以 8 bit 无符号整数表示。

3. GeoTIFF 格式

GeoTIFF 是包含地理信息的一种 TIFF 格式的文件。GeoTIFF 格式的数据由 1 个头文件及相应的数据文件组成。其头文件与 Fast - L7A 头文件相似,8 个数据文件分别对应于Landsat-7 数据的 8 个波段数据。

4. HDF 格式

HDF ( Hierarchical Data Format,层次数据格式) 是由美国伊利诺伊大学 ( the Univer-sity of Illinois) 的国家超级计算应用中心 ( The National Center for Supercomputing Applica-tions,NCSA) 于 1987 年研制开发的一种软件和函数库,它使用 C 语言和 Fortran 语言编写,是一种超文本文件格式,能够存储不同种类的科学数据,包括图像、多维数组、指针及文本数据。HDF 格式还提供命令方式,分析现存 HDF 文件的结构,并即时显示图像内容。科学家可以用这种标准数据格式快速熟悉文件结构,摆脱不同数据格式之间相互转换的繁琐,而将更多的时间和精力用于数据管理和分析。目前,在国外各种卫星传感器上,已经广泛使用了这种标准数据格式,如 Landsat-7,EOS - TERRA,EOS - AQUA 等。

在物理存储结构上,一个 HDF 文件包括一个文件头 ( File Header) ,一个或多个描述块 ( Data Descriptor Block) ,若干个数据对象 ( Data Object) 。文件头位于 HDF 文件的头四个字节,其内容为四个控制字符的 ASCII 码值,四个控制字符为 N,C,S,A,可用于判断一个文件是否为 HDF 文件格式。数据对象是 HDF 文件最基本的存储元素,包括一个描述符和一个对应的数据元素。描述符长度为 12 个字节,主要用来描述这个数据元素的数据类型、位置偏移量、数据元素字节数。在实际的 HDF 文件中,描述符并不是和它对应的数据元素连在一起,而是把相关的许多描述符放在一起而构成一个描述块,在这个块的后面顺序存储了各个描述符所对应的数据元素。数据元素是数据对象中的裸数据部分,也就是数据本身,可以是字符、整数、浮点数、数组等。

1993 年美国航空航天局 ( NASA) 把 HDF 格式作为存储和发布 EOS ( Earth Observa-tion System,对地观测系统) 数据的标准格式,此后又在 HDF 标准的基础上共同开发了一种专门化的 HDF 格式———HDF - EOS,专门用于处理各种 EOS 产品。HDF - EOS 使用标准的 HDF 数据类型定义了点、条带、网格这三种特殊数据类型,并且引入了元数据( Metadata) ,简化了空间数据的访问过程,提高了科学研究和用户对 EOS 数据的访问速度。

遥感技术被应用以来,遥感数据采用过很多格式,以 Landsat-7 卫星的数据产品为例,该数据产品由美国地球观测系统数据中心 ( EDC) 提供,按照产品处理级别可分为 三类,即 Level 0R,Level 1R 和 Level 1G。三种产品的定义如下 :

Level 0R: 未经辐射校正和系统级几何校正的数据产品。

Level 1R: 经过辐射校正但未经系统级几何校正的数据产品。

Level 1G: 经过辐射校正和系统级几何校正的数据产品。

EDC 的各类产品所采用的数据格式共有三种,分别是 HDF,Fast - L7A 和 GeoTIFF,产品类型和数据格式之间的对应关系见表 4-1。

表 4-1 Landsat-7 数据产品类型及数据格式

在遥感数据中,除图像信息以外还附带有各种注记信息。这是提供数据结构在进行数据分发时,对存储方式用注记信息的形式来说明所提供的格式。以往曾使用多种格式,但从 1982 年起逐渐以世界标准格式的形式进行分发。因为这种格式是由 Landsat TechnicalWorking Group 确定的,所以也称 LTWG 格式。世界标准格式具有超结构 ( Super Struc-ture) 的构造,在它的描述符、文件指针、文件说明符的三种记录中记有数据的记录方法。其图像数据部分为 BSQ 方式或 BIL 方式。




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