一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法。本發(fā)明方法利用八叉樹結構為并行集群環(huán)境中互為鄰域的遙感影像分塊數據建立索引；建立本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射；設計遠程鄰域數據訪問請求的緩沖機制，將離散像素數據的訪問請求聚合成連續(xù)的大型數據訪問請求；遠程數據返回后，重新處理緩沖隊列中的本地像素，利用所述映射，快速獲取所請求的遠程像素的像素值，進而優(yōu)化遙感影像鄰域處理算法的并行實現。本發(fā)明避免了遙感影像鄰域分塊間的顯式消息傳遞，降低了鄰域型遙感數據處理算法并行實現的復雜度，提高了數據的網絡傳輸效率，為集群環(huán)境下的遙感影像并行處理提供了一種有效的實現途徑。
【專利說明】一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種遙感影像的處理方法，具體涉及一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]并行計算是提高遙感影像數據處理效率的常用手段，其基本思想是“分而治之”，即利用遙感影像處理方法對像素操作相似性的特征，對大的遙感影像進行分塊，在每一影像分塊處理完成后，再拼接形成最終的處理結果，進而達到影像整體處理效率提高的目的。然而，隨著人們對遙感應用的不斷擴展和日益深入，遙感影像處理方法也變得越來越復雜。根據遙感影像處理過程中當前像素點對其它像素點的依賴性及相對位置關系，可將遙感影像處理方法分為點處理、鄰域處理和全局處理，其中鄰域處理方法的計算輸入數據包括當前像素以及以當前像素為中心的某一指定鄰域的所有像素。由于鄰域處理方法需要影像上其他像素點的參與，這為處理方法的并行化實現帶來了巨大困難，一方面像素點間的相互依賴將導致并行影像分塊間的頻繁通信，影響處理性能；另一方面并行方法的實現需要編程人員顯示地定義消息傳遞，編程復雜且不具備靈活性。
[0003]針對鄰域運算的遙感影像并行處理，目前的實現方式多是圍繞降低并行節(jié)點間的通信代價而提出的，主要有兩種:一是在數據分解階段采用帶有重疊區(qū)的二維塊分解策略，這種方法造成了數據的冗余存儲，并且針對不同類型的鄰域運算，需要重新制定不同的重疊策略，實現機制不夠靈活；二是利用統(tǒng)計模型或經驗對鄰域數據進行模擬，但這種方法在不同程度上造成了精度損失，影響了最終結果的準確性。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，該方法可避免遙感影像分塊間顯式消息傳遞，降低數據處理復雜度，能夠聚合遠程鄰域像素訪問請求，提高網絡傳輸效率。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0006]步驟一:初始化，設定緩沖隊列臨界值和遙感影像分塊處理終止條件；
[0007]步驟二:獲取并行集群環(huán)境中遙感影像的分塊信息，通過分塊方法對遙感影像分塊建立鄰域分塊索引；
[0008]步驟三:以每個遙感影像分塊的左上角點為坐標原點，以經過坐標原點水平向右的方向為X軸正半軸，以經過坐標原點豎直向下的方向為Y軸正半軸，分別建立本體遙感影像分塊和遠程鄰域遙感影像分塊的平面直角坐標系，同時建立本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射；
[0009]步驟四:按照次序對遙感影像分塊中的本地像素進行鄰域運算，當待處理的本地像素需要訪問遠程鄰域像素時，對該本地像素的鄰域運算暫不做處理，同時將該本地像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值及與該本地像素關聯的所有遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值作為一個結構體保存至緩沖隊列，然后繼續(xù)處理其余的本地像素；
[0010]步驟五:當緩沖隊列中的結構體數量達到緩沖隊列臨界值或者對遙感影像分塊的處理達到終止條件，聚合緩沖隊列中的遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值，根據本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系的關系映射計算出聚合后緩沖隊列中遠程鄰域像素在遠程鄰域遙感影像分塊坐標系中的坐標值，同時找出需要訪問的遠程鄰域遙感影像分塊，然后利用所述步驟二中建立的鄰域分塊索引解析出遠程鄰域像素的存儲路徑，建立本地遙感影像分塊與遠程鄰域遙感影像分塊之間的遠程數據訪問請求，將這些遠程數據訪問請求分發(fā)至集群中的其他處理設備，等待訪問請求結果返回，此處訪問請求結果為由遠程鄰域像素在遠程鄰域遙感影像分塊坐標系中的坐標值與該遠程鄰域像素的像素值所組成的數據對；
[0011]步驟六:待所述步驟五中的訪問請求結果返回后，利用本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射建立遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值與該遠程鄰域像素的像素值之間的關系映射；
[0012]步驟七:根據步驟六得出的遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值與該遠程鄰域像素的像素值之間的關系映射，同時依據緩沖隊列先進先出的原則，重新對步驟四中存放進所述緩沖隊列中的本地像素進行鄰域運算，當所述緩沖隊列中保存的所有本地像素的鄰域運算處理完畢后清空所述緩沖隊列；
[0013]步驟八:返回步驟四，直至該本地遙感影像分塊中的所有本地像素的鄰域運算處
理完畢。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟二中的分塊方法為八叉樹結構方法，即對每個遙感影像分塊，利用遙感影像分塊的四條邊界將其鄰域分為上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八個區(qū)域，利用八叉樹結構為分布在所述八個區(qū)域的鄰接遙感影像分塊建立索引，所述索引包括遙感影像分塊的區(qū)域標識、存儲路徑及分塊尺寸。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟三中，本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射的步驟為:對于尺寸大小為M行*N列的遙感影像分塊Block，與其相鄰的遙感影像分塊Bloch的存儲路徑和尺寸分別為Pathr和Mr行*隊列，r e {U，D，L，R，LU，LD, RU，RD}，其中U為上、D為下，L為左，R為右，LU為左上，LD為左下，RU為右上，RD為右下，根據幾何關系，則有:
【權利要求】
1.一種面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:初始化，設定緩沖隊列臨界值和遙感影像分塊處理終止條件； 步驟二:獲取并行集群環(huán)境中遙感影像的分塊信息，通過分塊方法對遙感影像分塊建立鄰域分塊索引； 步驟三:以每個遙感影像分塊的左上角點為坐標原點，以經過坐標原點水平向右的方向為X軸正半軸，以經過坐標原點豎直向下的方向為Y軸正半軸，分別建立本體遙感影像分塊和遠程鄰域遙感影像分塊的平面直角坐標系，同時建立本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射； 步驟四:按照次序對遙感影像分塊中的本地像素進行鄰域運算，當待處理的本地像素需要訪問遠程鄰域像素時，對該本地像素的鄰域運算暫不做處理，同時將該本地像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值及與該本地像素關聯的所有遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值作為一個結構體保存至緩沖隊列，然后繼續(xù)處理其余的本地像素； 步驟五:當緩沖隊列中的結構體數量達到緩沖隊列臨界值或者對遙感影像分塊的處理達到終止條件，聚合緩沖隊列中的遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值，根據本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系的關系映射計算出聚合后緩沖隊列中遠程鄰域像素在遠程鄰域遙感影像分塊坐標系中的坐標值，同時找出需要訪問的遠程鄰域遙感影像分塊，然后利用所述步驟二中建立的鄰域分塊索引解析出遠程鄰域像素的存儲路徑，建立本地遙感影像分塊與遠程鄰域遙感影像分塊之間的遠程數據訪問請求，將這些遠程數據訪問請求分發(fā)至集群中的其他處理設備，等待訪問請求結果返回，此處訪問請求結果為由遠程鄰域像素在遠程鄰域遙感影像分塊坐標系中的坐標值與該遠程鄰域像素的像素值所組成的數據對； 步驟六:待所述步驟·五中的訪問請求結果返回后，利用本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射建立遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值與該遠程鄰域像素的像素值之間的關系映射； 步驟七:根據步驟六得出的遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值與該遠程鄰域像素的像素值之間的關系映射，同時依據緩沖隊列先進先出的原則，重新對步驟四中存放進所述緩沖隊列中的本地像素進行鄰域運算，當所述緩沖隊列中保存的所有本地像素的鄰域運算處理完畢后清空所述緩沖隊列； 步驟八:返回步驟四，直至該本地遙感影像分塊中的所有本地像素的鄰域運算處理完畢。
2.根據權利要求1所述的面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟二中的分塊方法為八叉樹結構方法，即對每個遙感影像分塊，利用遙感影像分塊的四條邊界將其鄰域分為上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八個區(qū)域，利用八叉樹結構為分布在所述八個區(qū)域的鄰接遙感影像分塊建立索引，所述索引包括遙感影像分塊的區(qū)域標識、存儲路徑及分塊尺寸。
3.根據權利要求1所述面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟三中，本地遙感影像分塊坐標系與遠程鄰域遙感影像分塊坐標系之間的關系映射的步驟為:對于尺寸大小為M行*N列的遙感影像分塊Block，與其相鄰的遙感影像分塊Blockr的存儲路徑和尺寸分別為Pathr和Mr行*Nr列，r e {U，D，L，R，LU，LD, RU，RD}，其中U為上、D為下，L為左，R為右，LU為左上，LD為左下，RU為右上，RD為右下,根據幾何關系,則有:Blockll, (0< X < N, -M,, < V < O)

4.根據權利要求1所述面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟五中:聚合緩沖隊列中的遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值的處理方式為:剔除緩沖隊列中重復出現的遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值，并按照遙感影像分塊索引并將隸屬于同一遠程鄰域遙感影像分塊的遠程鄰域像素進行分類集合。
5.根據權利要求1所述面向遙感影像鄰域處理的并行優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟六中，當步驟五中的訪問請求結果返回后，建立Key-Value結構數組，其中的Key為遠程鄰域像素在本地遙感影像分塊坐標系中的坐標值，Value為遠程鄰域像素的像素值。
【文檔編號】G06F9/38GK103530381SQ201310487801
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日:2013年10月17日
【發(fā)明者】尹天鶴, 陳志榮, 許家清, 林勇, 陸星家, 尹志, 楊帆, 汪保 申請人:寧波工程學院