專利名稱：一種基于剖分編碼的影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球空間信息組織技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于剖分編碼方法實現(xiàn)地理對象影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)的方法。
背景技術(shù)：
隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，人們可以越來越容易的獲取高分辨率的遙感影像。遙感影像中已經(jīng)包含了大量原始的地物信息，與矢量地圖相比，能夠更直觀、全面、真實地反映空間信息。為了在遙感影像上清晰地表現(xiàn)各種地理對象，一般的做法是將矢量圖層與遙感影像相疊加，將屬性查詢、空間查詢等操作放在矢量圖層中進(jìn)行。此方法存在以下幾個問題:第一，在使用矢量數(shù)據(jù)表達(dá)地理對象時，需要進(jìn)行矢量與影像的匹配操作，且往往出現(xiàn)二者配不準(zhǔn)的情況，影響了數(shù)據(jù)使用的準(zhǔn)確性與效率。而事實上對于高分辨率遙感影像來說，即使不借助矢量數(shù)據(jù)，實體的類型也能夠被直接辨別。第二，對于一般用戶來說，矢量數(shù)據(jù)的獲取實際上并不容易，各種矢量格式之間、矢量數(shù)據(jù)之間也存在著互相不兼容、不唯一的問題。第三，由于影像數(shù)據(jù)缺少統(tǒng)一的組織基準(zhǔn)，當(dāng)需要進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)的表達(dá)時，不同時相影像數(shù)據(jù)的變化檢測實現(xiàn)較為困難，且對于變化區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行局部更新時，還沒有一種較為完整的變化區(qū)域數(shù)據(jù)組織基準(zhǔn)與更新手段。因此，有沒有可能脫離矢量圖層的表達(dá)方式，直接通過遙感影像表達(dá)各個空間實體的信息，是我們關(guān)心的一個問題。近年來，各種剖分?jǐn)?shù)據(jù)組織模型不斷被提出，為表達(dá)影像信息提供了一個新的手段。利用剖分網(wǎng)格進(jìn)行影像的統(tǒng)一組織，設(shè)計使用影像的地理對象直接表達(dá)方法，以及局部區(qū)域的動態(tài)更新方法，具有重要的實際意義和較高的可行性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明以實現(xiàn)直接表達(dá)影像中所含地理對象為目標(biāo)，設(shè)計提出一種基于剖分編碼方法實現(xiàn)直接表達(dá)影像中地理對象的方法，避免使用矢量數(shù)據(jù)表達(dá)地理對象帶來的各種弊端。為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于剖分編碼的影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)的實現(xiàn)方法，該方法具體步驟包括:步驟1:影像數(shù)據(jù)的剖分預(yù)處理；采用指定層的GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分處理，并采用GeoSOT編碼方案對剖分獲得的每個剖分面片進(jìn)行編碼，得到剖分編碼；步驟2:獲取地理對象剖分面片集合并編碼；對于點狀地理對象，獲取點狀地理對象所在剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集；對于線狀地理對象，獲取頂點連線所經(jīng)過剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集；
對于面狀地理對象，獲取面狀地理對像所覆蓋剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集；步驟3:地理對象的影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)；根據(jù)點狀、線狀、面狀地理對象的剖分面片編碼集，從經(jīng)過預(yù)處理的影像中提取地理對象對應(yīng)的剖分面片集合,并組合表達(dá)地理對象。其中，步驟I中，所述對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分處理的方式分為物理劃分與邏輯劃分兩種:物理劃分指:對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行物理分塊劃分，將得到的各剖分面片分文件存儲，并且采用剖分面片的剖分編碼對文件進(jìn)行命名；邏輯劃分指:不改變影像數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)，從邏輯上對其進(jìn)行劃分，生成劃分結(jié)果對應(yīng)的索引文件，該索引文件記錄剖分面片的起始點在影像數(shù)據(jù)中的像素坐標(biāo)值以及剖分面片的剖分編碼。其中，所述步驟3具體為:當(dāng)采用物理劃分時，根據(jù)剖分面片編碼集查找文件名，獲取各剖分面片，組成剖分面片集合，根據(jù)剖分編碼指示的覆蓋范圍和地理位置組合表達(dá)地理對象；當(dāng)采用邏輯劃分時，根據(jù)剖分面片編碼集查找索引文件，獲取剖分面片的像素坐標(biāo)值和剖分編碼，根據(jù)像素坐標(biāo)值從影像數(shù)據(jù)中提取剖分面片的影像數(shù)據(jù)，再根據(jù)剖分編碼指示的覆蓋范圍和地理位置組合表達(dá)地理對象。其中，所述對于線狀地理對象，獲取頂點連線所經(jīng)過剖分面片的剖分編碼具體為:找到線狀地理對象所有頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，按順序記錄下來，依次對相鄰頂點間線段經(jīng)過的剖分面片進(jìn)行提取，得到線狀地理對象經(jīng)過的所有剖分面片集合。其中，所述對于面狀地理對象，獲取面狀地理對像所覆蓋剖分面片的剖分編碼具體為:找到面狀地理對象邊界上所有頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，按順序記錄下來，依次對相鄰頂點間線段經(jīng)過的剖分面片進(jìn)行提取，直至面狀地理對象邊界線段閉合為止，再提取閉合邊界內(nèi)部的所有剖分面片，所有提取的剖分面片組成剖分面片集合。其中，對于面狀地理對象，其剖分面片編碼集的記錄方式為:記錄面狀地理對象的角點定位面片以及面狀地理對象覆蓋的各剖分面片與角點定位面片的偏移；所述的角點定位面片為:找到面狀地理對象所覆蓋剖分面片集的最小外包矩形，將該最小外包矩形其中一個角點所在剖分面片作為角點定位面片；所述偏移的記錄方式分為按行記錄或按列記錄:按行記錄時，針對剖分面片集中的每一行面片，記錄該行與角點定位面片的行偏移量，以及該行中的起止面片與角點定位面片的列偏移量；按列記錄時，針對剖分面片集中的每一列面片，記錄該列行與角點定位面片的列偏移量，以及該列中的起止面片與角點定位面片的行偏移量。優(yōu)選地，當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥跂|北半球時，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的左下角點面片；當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥谖鞅卑肭驎r，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的右下角點面片；當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥跂|南半球時，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的左上角點面片；當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥谖髂习肭驎r，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的右上角點面片。有益效果:與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明提供了一種使用影像直接表達(dá)地理對象的方法，可以避免使用矢量表達(dá)地理對象時，矢量與影像數(shù)據(jù)疊加時的匹配與效率問題，以及矢量結(jié)構(gòu)多樣的問題。同時，在進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)表達(dá)時，不同時相影像數(shù)據(jù)的變化檢測，可以直接針對重點關(guān)注區(qū)域的影像面片集合進(jìn)行變化檢測，并支持以影像面片為單位的并行計算；當(dāng)檢測到變化面片時，將新的影像面片覆蓋原有影像面片即可完成變化區(qū)域數(shù)據(jù)的局部更新，方法簡單易行，具有較高的處理效率。


圖1為使用GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分的原理圖。圖2為使用剖分方法表示影像中的地理對象的基本原理圖。圖3為將點狀地理對象的點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為剖分網(wǎng)格編碼的示意圖。圖4為線狀地理對象相鄰頂點間路經(jīng)面片填充操作示意圖。圖5(a) (d)為使用剖分網(wǎng)格表示面狀地理對象并進(jìn)行編碼的示意圖。圖6(a) (b)為不同區(qū)域角點定位面片Ctl的選擇方法示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點表述的更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明實現(xiàn)方法做詳細(xì)說明。本發(fā)明按照統(tǒng)一網(wǎng)格方法對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，并記錄點狀、現(xiàn)狀、面狀地理對象的剖分編碼標(biāo)識，使用該編碼直接表達(dá)進(jìn)而提取影像中所含地理對象。統(tǒng)一網(wǎng)格的劃分和編碼使用可以采用專利申請《一種統(tǒng)一現(xiàn)有經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格的方法》(公開號為CN102609525,申請日為2012/02/10)中所公開的GeoSOT網(wǎng)格劃分方式和GeoSOT的剖分編碼方式。該方案將地球表面空間從全球剖分至厘米級，共計32層，并且給出了四種編碼方式。下面對空間對象數(shù)據(jù)采用剖分表達(dá)的具體實現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明實現(xiàn)影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)的剖分編碼方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟:步驟1、基于GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分預(yù)處理傳統(tǒng)影像數(shù)據(jù)組織方式多種多樣，為了將其統(tǒng)一起來，本發(fā)明使用GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一劃分與組織。具體來說，GeoSOT網(wǎng)格是一種多層金字塔的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，本步驟根據(jù)表達(dá)精度的需要選擇一層GeoSOT網(wǎng)格，采用選定層的GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分處理，并采用GeoSOT編碼方案對影像數(shù)據(jù)所在剖分面片進(jìn)行編碼，得到剖分面片的剖分編碼。由此建立起剖分面片與遙感影像數(shù)據(jù)之間的嚴(yán)格映射關(guān)系，使用GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分的原理如圖2所示。影像數(shù)據(jù)的剖分處理方式分為物理劃分與邏輯劃分兩種:
物理劃分指:對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行物理分塊劃分，將得到的各GeoSOT面片分文件存儲，一個面片存儲為一個文件，并且采用剖分編碼對文件進(jìn)行命名。根據(jù)GeoSOT編碼方案可知，剖分編碼能夠指示出該剖分面片的覆蓋范圍和地理位置。邏輯劃分指:不改變影像數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)，只是從邏輯上對其進(jìn)行面片劃分，生成劃分結(jié)果對應(yīng)的索引文件，該索引文件中記錄每個剖分面片的起始點在影像數(shù)據(jù)中的像素坐標(biāo)值以及剖分面片的剖分編碼。步驟2、地理對象剖分面片集合的提取及編碼影像內(nèi)部的地理對象的剖分編碼方法仍以GeoSOT網(wǎng)格為基礎(chǔ)，對地理對象所在的剖分面片集進(jìn)行編碼，使該編碼中包含地理對象的空間位置、形狀等信息，從而支持地理對象表達(dá)。地理對象分為點狀地理對象、線狀地理對象和面狀地理對象，下面分別進(jìn)行描述:對于點狀地理對象，采用與步驟I相同的GeoSOT網(wǎng)格層級，獲取點狀地理對象所在剖分面片的剖分編碼。如圖3所示，如果某個面片中有多個頂點，則不重復(fù)記錄。。例如:某點坐標(biāo)的經(jīng)緯度為:東經(jīng)116.17727136 度，北緯 39.95908119 度。若指定表達(dá)層級為第8級GeoSOT網(wǎng)格，則其對應(yīng)的GeoSOT網(wǎng)格編碼為:G00131032。對于線狀地理對象，獲取頂點連線所經(jīng)過剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集。剖分面片編碼集的獲取過程可以利用地理對象的頂點經(jīng)緯度坐標(biāo)實現(xiàn)。地理對象的頂點經(jīng)緯度坐標(biāo)是指對地理對象進(jìn)行采樣而獲得的點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)乩韺ο鬄辄c狀對象，則頂點坐標(biāo)就是點狀地理對象的坐標(biāo)；當(dāng)?shù)乩韺ο鬄榫€狀對象時，則一組點坐標(biāo)表示一條線；當(dāng)?shù)乩韺ο鬄槊鏍顚ο髸r，一組閉合的點坐標(biāo)表示一個面。如圖4所示，對于線狀地理對象來說，首先找到線狀地理對象所有頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，按順序記錄下來，然后依次對相鄰頂點間線段經(jīng)過的剖分面片進(jìn)行提取，得到線狀地理對象經(jīng)過的所有剖分面片集合。例如:某線狀對象4個頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)序列為:東經(jīng)116.13942801 度，北緯 40.07385929 度，東經(jīng)116.13616034 度，北緯 40.07033654 度，東經(jīng)116.14372424 度，北緯 40.06710761 度，東經(jīng)116.12820405 度，北緯 40.06718369 度。若選擇第19級GeoSOT網(wǎng)格作為基礎(chǔ)表達(dá)層級，則4個頂點對應(yīng)的編碼序列為:G0013121000012000321, G0013121000012000032,G0013121000012001001, G0013121000003111010。則線段經(jīng)過的剖分面片的集合為:G0013121000012000302, G0013121000012000211, G0013121000012000032,G0013121000012000031, G0013121000012000120, G0013121000012000121,G0013121000012000130, G0013121000012000113, G0013121000012001002,G0013121000012001001, G0013121000012001000, G0013121000012000111,G0013121000012000110, G0013121000012000101, G0013121000012000100,
G0013121000012000011, G0013121000012000010, G0013121000012000001,G0013121000012000000, G0013121000003111110, G0013121000003111101,G0013121000003111100, G0013121000003111011, G0013121000003111010。對于面狀地理對象，獲取面狀地理對像所覆蓋剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集。如圖5 (a) 圖5 (C)所示，(a)找到面狀地理對象邊界上所有頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，按順序記錄下來，(b)依次對相鄰頂點間線段經(jīng)過的剖分面片進(jìn)行提取，直至面狀地理對象邊界線段閉合為止，(C)再提取閉合邊界內(nèi)部的所有剖分面片，所有提取的剖分面片組成剖分面片集合。面狀對象的處理方法與線狀對象類似，所不同的是面狀對象的坐標(biāo)序列為一個閉環(huán)，即其坐標(biāo)序列的首尾兩個坐標(biāo)相等，因此轉(zhuǎn)換出的編碼也是首尾相同。面狀地理對象的剖分編碼集在記錄時可以逐一記錄每個組成面片的編碼，但是如果面狀地理對象比較大，則編碼存儲量增大，本發(fā)明提供了一種小資源消耗的記錄方式，即記錄面狀地理對象的角點定位面片以及面狀地理對象覆蓋的各剖分面片與角點定位面片的偏移。如圖5 (d)所示，具體來說，面狀地理對象采用(Ctl, M，N)的方法進(jìn)行編碼:其中，角點定位面片為:找到面狀地理對象所覆蓋剖分面片集的最小外包矩形，將該最小外包矩形其中一個角點所在剖分面片作為角點定位面片，將角點定位面片的剖分編碼記為C。；所述偏移的記錄方式分為按行記錄或按列記錄:按行記錄時，針對剖分面片集中的每一行面片(相同緯度網(wǎng)格)，記錄該行與角點定位面片的行偏移量m，以及該行中的起止面片與角點定位面片的列偏移量(j，k)，其中，m的取值從O M，j與k之間的跨度為N。圖5 (d)示出了按行記錄方式。按列記錄時，針對剖分面片集中的每一列面片，記錄該列行與角點定位面片的列偏移量，以及該列中的起止面片與角點定位面片的行偏移量。兩種記錄方式的偏移量均以網(wǎng)格為單位。例如，對于圖5 (C)所示的面狀對象，假設(shè)此面狀對象以第19級GeoSOT網(wǎng)格為表達(dá)層級，則其(Ctl, M，N)編碼為:
權(quán)利要求
1.一種基于剖分編碼的影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)的實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法具體步驟包括: 步驟1:影像數(shù)據(jù)的剖分預(yù)處理； 采用指定層的GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分處理，并采用GeoSOT編碼方案對剖分獲得的每個剖分面片進(jìn)行編碼，得到剖分編碼； 步驟2:獲取地理對象剖分面片集合并編碼； 對于點狀地理對象，獲取點狀地理對象所在剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集; 對于線狀地理對象，獲取頂點連線所經(jīng)過剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集; 對于面狀地理對象，獲取面狀地理對像所覆蓋剖分面片的剖分編碼，組成剖分面片編碼集； 步驟3:地理對象的影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)； 根據(jù)點狀、線狀、面狀地理對象的剖分面片編碼集，從經(jīng)過預(yù)處理的影像中提取地理對象對應(yīng)的剖分面片集合，并組合表達(dá)地理對象。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I中，所述對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分處理的方式分為物理劃分與邏輯劃 分兩種: 物理劃分指:對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行物理分塊劃分，將得到的各剖分面片分文件存儲，并且采用剖分面片的剖分編碼對文件進(jìn)行命名； 邏輯劃分指:不改變影像數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)，從邏輯上對其進(jìn)行劃分，生成劃分結(jié)果對應(yīng)的索引文件，該索引文件記錄剖分面片的起始點在影像數(shù)據(jù)中的像素坐標(biāo)值以及剖分面片的首1J分編碼。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3具體為: 當(dāng)采用物理劃分時，根據(jù)剖分面片編碼集查找文件名，獲取各剖分面片，組成剖分面片集合，根據(jù)剖分編碼指示的覆蓋范圍和地理位置組合表達(dá)地理對象； 當(dāng)采用邏輯劃分時，根據(jù)剖分面片編碼集查找索引文件，獲取剖分面片的像素坐標(biāo)值和剖分編碼，根據(jù)像素坐標(biāo)值從影像數(shù)據(jù)中提取剖分面片的影像數(shù)據(jù)，再根據(jù)剖分編碼指示的覆蓋范圍和地理位置組合表達(dá)地理對象。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對于線狀地理對象，獲取頂點連線所經(jīng)過剖分面片的剖分編碼具體為:找到線狀地理對象所有頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，按順序記錄下來，依次對相鄰頂點間線段經(jīng)過的剖分面片進(jìn)行提取，得到線狀地理對象經(jīng)過的所有剖分面片集合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對于面狀地理對象，獲取面狀地理對像所覆蓋剖分面片的剖分編碼具體為:找到面狀地理對象邊界上所有頂點的經(jīng)緯度坐標(biāo)，按順序記錄下來，依次對相鄰頂點間線段經(jīng)過的剖分面片進(jìn)行提取，直至面狀地理對象邊界線段閉合為止，再提取閉合邊界內(nèi)部的所有剖分面片，所有提取的剖分面片組成剖分面片 口 O
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于面狀地理對象，其剖分面片編碼集的記錄方式為:記錄面狀地理對象的角點定位面片以及面狀地理對象覆蓋的各剖分面片與角點定位面片的偏移； 其中，角點定位面片為:找到面狀地理對象所覆蓋剖分面片集的最小外包矩形，將該最小外包矩形其中一個角點所在剖分面片作為角點定位面片； 所述偏移的記錄方式分為按行記錄或按列記錄: 按行記錄時，針對剖分面片集中的每一行面片，記錄該行與角點定位面片的行偏移量，以及該行中的起止面片與角點定位面片的列偏移量； 按列記錄時，針對剖分面片集中的每一列面片，記錄該列行與角點定位面片的列偏移量，以及該列中的起止面片與角點定位面片的行偏移量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥跂|北半球時，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的左下角點面片; 當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥谖鞅卑肭驎r，角點定位 面片為地理對象最小外包矩形的右下角點面片; 當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥跂|南半球時，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的左上角點面片; 當(dāng)?shù)乩韺ο笪挥谖髂习肭驎r，角點定位面片為地理對象最小外包矩形的右上角點面片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于剖分編碼的影像結(jié)構(gòu)化表達(dá)的實現(xiàn)方法，能夠避免使用矢量數(shù)據(jù)表達(dá)地理對象帶來的各種弊端。該方法包括步驟1，采用指定層的GeoSOT網(wǎng)格對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分處理，并采用GeoSOT編碼方案對剖分獲得的每個剖分面片進(jìn)行編碼，得到剖分編碼；步驟2獲取點狀、線狀和面狀地理對象的剖分面片編碼集；根據(jù)點狀、線狀、面狀地理對象的剖分面片編碼集；步驟3從經(jīng)過步驟1處理的影像中提取地理對象對應(yīng)的剖分面片集合，并組合表達(dá)地理對象。
文檔編號G06T9/00GK103164861SQ201310092819
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者程承旗, 濮國梁, 陳波, 楊宇博 申請人:北京大學(xué)