一种大幅遥感影像可视化方法及系统与流程

本发明属于遥感影像处理技术领域，特别是指一种大幅遥感影像可视化方法及系统。

背景技术：

随着卫星遥感技术和信息技术的快速发展，卫星遥感影像空间分辨率逐步提高，导致单幅遥感影像数据量急剧增长。同时，为了满足遥感影像高空间分辨率和宽幅宽的要求，通常需要对多幅高分辨率影像进行镶嵌处理，镶嵌后影像数据往往达到十几甚至几十g的数据量。

当前，云计算技术取得了快速发展。为了能够适应新型的云架构，信息系统大多采用b/s架构（即，浏览器/服务器架构）。在b/s架构设计中，为了能够有效展示大幅遥感影像数据，通常将遥感影像数据作为服务发布出去，进而完成遥感影像在网页端的可视化。比如，以geoserver引擎实现遥感影像的服务发布，利用openlayers实现影像的前端展示。openlayers是一个专为webgis开发提供的类库包，不仅能够实现标准格式发布的地图数据访问，还能基于经纬度信息完成影像的加载显示，同时提供了放大、缩小、平移等常用浏览数据的操作。

但是，遥感影像数据量很大，一般无法在网页端完成遥感影像数据的加载及显示。通常情况下，openlayers对遥感影像进行展示时需要将影像数据进行瓦片切分并发布成影像服务。该过程不仅耗时较长，还会生成大量的瓦片文件，占据存储空间。同时，遥感影像幅宽较大，覆盖地物范围较广，各类地物在不同色彩下呈现特性有所却别，往往需要针对具体情况对遥感影像色彩进行动态调整，以提升遥感影像的可视化效果。因此，在不对影像发布服务的前提下，实现大幅遥感影像的网页端流程可视化，并能根据需要对可视化效果进行调整，既能提高效率又能避免存储空间浪费，是亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种大幅遥感影像可视化方法及系统，其借助开源的openlayers前台显示框架，利用前后台交互技术和影像基础处理方法，在无需对影像切分瓦片且不产生任何附加文件的基础上，实现超大幅遥感影像的网页端显示、漫游及缩放。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大幅遥感影像可视化方法，基于b/s架构实现，其中，前端对遥感影像进行设置和显示，后端对遥感影像进行处理；其包括以下步骤：

（1）首次加载读取遥感影像时，通过前端进行波段选择，确认需要显示的波段数并将波段选择参数及显示区域宽高值传给后端；

（2）后端对遥感影像进行解析并进行坐标转换，获取影像分辨率、影像尺寸、影像波段数、影像投影和影像四角点经纬度等信息并进行保存，对遥感影像中各波段像素值进行直方图统计，计算并保存去除2%后各波段像素最大和最小值；

（3）根据该遥感影像尺寸、前端显示区域宽高值和波段选择参数对遥感影像全部覆盖范围进行加载重采样；

（4）根据遥感影像各波段像素最大和最小值对重采样后影像进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit数据，并以数据流的方式传给前端进行显示。

进一步的，还包括以下步骤：

（5）完成遥感影像首次加载显示后，根据需要在前端进行遥感影像的缩放漫游和色彩调整操作，根据设置的缩放级别和漫游距离确定每次缩放或漫游操作后显示区域的宽高值和经纬度范围，并将显示区域的宽高值、经纬度范围和色彩调整信息及其他参数传回后端；

（6）在后端根据显示区域的经纬度范围确定该遥感影像对应区域的尺寸，根据该尺寸和前端显示区域的宽高值对影像进行加载重采样处理，并对重采样后影像进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit数据，根据色彩调整信息中对比度、亮度和饱和度值对处理后的8bit影像各波段像素值进行调整，最后将调整后影像以数据流的方式传给前端进行展示。

进一步的，所述步骤（5）中，前端每次完成缩放漫游或色彩调整操作时，均向后端发送一次请求，传回后端参数除了显示区域的宽高值、经纬度范围和色彩调整信息外，还包括当前波段选择数及顺序和影像id，色彩调整信息中包括前端设置影像对比度、亮度和饱和度的值。

此外，本发明还提供一种大幅遥感影像可视化系统，包括前端和后端，前端和后端构成b/s架构；所述前端利用openlayers框架搭建具有经纬度信息的显示区域；首次加载读取遥感影像时，所述前端进行波段选择，确认需要显示的波段数，并将波段选择参数及显示区域宽高值传给后端；所述后端对遥感影像进行影像信息解析、影像坐标转换、影像加载及重采样、影像拉伸和像素值调整处理，并以数据流方式将处理后的遥感影像数据发送给前端；所述前端收到遥感影像数据后，在显示区域内对遥感影像进行展示。

进一步的，所述后端对遥感影像进行影像信息解析、影像坐标转换、影像加载及重采样、影像拉伸和像素值调整处理，并以数据流方式将处理后的遥感影像数据发送给前端，其具体方式为：

（1）对遥感影像进行解析并进行坐标转换，获取影像分辨率、影像尺寸、影像波段数、影像投影和影像四角点经纬度信息并进行保存，对遥感影像中各波段像素值进行直方图统计，计算并保存去除2%后各波段像素最大和最小值；

（2）根据遥感影像尺寸、前端显示区域宽高值和波段选择参数对遥感影像全部覆盖范围进行加载重采样；

（3）根据遥感影像各波段像素最大和最小值对重采样后影像进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit数据，并以数据流的方式传给前端进行显示。

进一步的，所述前端还具有缩放漫游和色彩调整模块；

所述缩放漫游和色彩调整模块根据设置的缩放级别和漫游距离确定每次缩放或漫游操作后显示区域的宽高值和经纬度范围，并将显示区域的宽高值、经纬度范围和色彩调整信息传回后端；

所述后端根据显示区域的经纬度范围确定遥感影像对应区域的尺寸，根据该尺寸和前端显示区域的宽高值对影像进行加载重采样处理，并对重采样后的影像进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit数据，根据色彩调整信息中对比度、亮度和饱和度值对处理后的8bit影像各波段像素值进行调整，最后将调整后的影像以数据流的方式传给前端进行展示。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明利用开源openlayers框架和遥感影像基础处理方法，在无需对影像切分瓦片且不产生任何附加文件的基础上，即可实现大幅遥感影像的网页端流畅显示、漫游及缩放，既提高了效率又避免了存储空间占用。

（2）本发明提出的遥感影像可视化框架采用b/s架构设计实现，架构先进，简化了开发、维护与使用，在部署完成后，通过浏览器即可实现大幅遥感影像的可视化。

（3）本发明通过色彩调整方法和前后台交互技术，提供可视化色彩调整工具，能够在大幅影像显示后动态调整影像的对比度、亮度和饱和度，实时完成影像的色彩调整，提升展示效果，满足个性化遥感影像的可视化需求。

附图说明

图1为本发明实施例中前后端交互的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种大幅遥感影像可视化系统，其采用b/s架构进行设计实现，分为前后端两部分。

前端利用openlayers框架搭建具有经纬度信息的显示区域，显示区域范围信息包括显示区域的宽高值及经纬度范围，前端以数据流方式接收后端处理后的8bit遥感影像数据，在前端显示区域内对遥感影像进行展示并进行缩放漫游及色彩调整操作。

后端包括影像信息解析、影像坐标转换、影像加载及重采样、影像拉伸和像素值调整等处理方法及数据库，接收前端发送的显示区域范围信息、波段选择参数及色彩调整等参数信息。其中，影像信息解析对影像各波段像素值进行直方图统计，计算去除2%后各波段像素最大和最小值，并利用gdal开源库直接从遥感影像提取影像分辨率、影像尺寸、影像波段数、影像投影信息和影像四角点经纬度信息，然后将上述信息入库保存。影像加载及重采样基于显示区域范围信息，即显示区域的宽高值及经纬度范围，利用gdal开源库进行影像加载及重采样处理，确保边加载影像边进行重采样处理，而不是直接加载整幅遥感影像，减少内存开销，同时，将多波段影像（波段数＞1）转换为单波段或3波段影像。影像拉伸利用数据库中存储的影像的最大最小值对影像各像素进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit影像数据。像素值调整针对拉伸转换后的8bit影像数据，根据对比度、亮度和饱和度调整参数对各波段像素值进行调整，改变影像可视化效果。影像坐标转换，在无法直接获取到影像经纬度信息时，利用开源proj4库进行坐标转换，得到影像的经纬度信息。

仍见图1，一种大幅遥感影像可视化方法，该方法的过程均由前端操作发起，通过前端实时操作请求后端进行处理，并将后端处理后结果返回前端，通过前后台不断交互完成。其具体步骤为：

（1）在首次加载读取遥感影像时，由前端进行波段选择，确认需要显示的波段数并将波段选择参数及显示区域宽高值传给后端；

在首次加载读取遥感影像时，针对多光谱或高光谱等波段数大于1的影像数据，会自动弹出波段选择提示框，选择其中3个波段进行显示并将选择结果传回后端，同时将显示区域的宽和高的像素值传回后端。

（2）后端对遥感影像进行解析并进行坐标转换，获取影像分辨率、影像尺寸、影像波段数、影像投影和影像四角点经纬度等信息并进行保存，对遥感影像中各波段像素值进行直方图统计，计算并保存去除2%后各波段像素最大和最小值；

（3）根据该遥感影像尺寸、前端显示区域宽高值和波段选择参数对该遥感影像全部覆盖范围进行加载重采样；

该过程利用gdal开源库，确保边加载影像边进行重采样处理，而不是直接加载整幅遥感影像，减少内存开销；

（4）根据该遥感影像各波段像素最大和最小值对重采样后影像进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit数据，并以数据流的方式传给前端进行显示；

（5）完成遥感影像首次加载显示后，根据需要在前端进行遥感影像的缩放漫游和色彩调整操作，根据设置的缩放级别和漫游距离确定每次缩放或漫游操作后显示区域的宽高值和经纬度范围，并将显示区域的宽高值、经纬度范围和色彩调整信息及其他参数传回后端；

前端每次完成缩放漫游或色彩调整操作时，均向后端发送一次请求，传回后端参数除了显示区域的宽高值、经纬度范围和色彩调整信息，还包括当前波段选择数及顺序和影像id，色彩调整信息中包括前端设置影像对比度、亮度和饱和度的值。

（6）在后端根据显示区域的经纬度范围确定该遥感影像对应区域的尺寸，根据该尺寸和前端显示区域的宽高值对影像进行加载重采样处理，并对重采样后影像进行拉伸处理，将非8bit影像数据转换为8bit数据，根据色彩调整信息中对比度、亮度和饱和度值对处理后的8bit影像各波段像素值进行调整，最后将调整后影像以数据流的方式传给前端进行展示。

上述方法可通过java、js和标准c++语言进行实现，其中前端部分利用开源openlayers框架，由js语言进行实现，后端框架由java语言实现，其中影像信息解析、影像坐标转换、影像加载及重采样、影像拉伸等方法由标准c++实现，封装成被java程序调用的动态库，后端通过jni标准接口实现对此类方法的调用。同时，利用遥感影像数据进行了验证，为了验证本发明的能力，对多幅吉林一号卫星影像镶嵌后数据进行了验证，该影像数据量为43.9g，影像尺寸为83938*140227，在对该影像进行解析入库后，能够对该影像进行实时流畅展示、缩放漫游及色彩调整，且不需对影像进行瓦片切分，不会产生任何其他文件。

总之，本发明基于前后台交互技术和影像拉伸技术，提出了一种大幅遥感影像网页端流畅可视化系统及方法，能够在无需发布影像服务且不产生任何附加文件的基础上，实现超大幅遥感影像的网页端显示、漫游及缩放。