多源图象处理与分析系统的设计（1）

摘　要　多源图象处理与分析系统(MSIMAGES)是地理信息系统(MAPGIS)的一个子系统.阐述了多源图象处理与分析系统的设计思想、原则、结构的选择，介绍了系统功能的分类和系统平台的选择，分析了图象系统所涉及的文件类型及其功用. 　　关键词　地理信息系统，图象处理，图象分析. 　　 　　多源图象处理与分析系统的主要研究目的是为了解决栅格化的二维空间分布数据的处理和分析.栅格化的二维空间分布数据包括各种遥感数据、航测数据、航空雷达数据、各种摄影的图象数据，以及通过数据化和网格化的地质图、地形图、各种地球物理、地球化学数据和其他专业图象数据.多源图象处理与分析系统研究的意义是在微机上实现多源图象数据的快速处理和分析，为栅格型地理信息系统的实现开辟一条新的途径. 1　系统总体设计思想和原则 　　 　　 　　(1)多源图象处理与分析系统的设计应遵循软件工程学的原理，采取模块化的方法来进行设计；对软件的各个底层模块要求具有可移植性和可维护性，以便于在多种软件和硬件平台上进行移植；对WINDOWS操作系统环境的系统高层模块要求具有高度的可移植性和与硬件平台的无关性；在多源图象处理与分析系统和WINDOWS操作系统的功能分工上，主张应由操作系统完成的工作由操作系统去完成为原则；对操作界面则是依照人机工程学的观点来进行设计，以操作使用方便为原则；系统采用C语言进行编程. 　　 　　(2)多源图象处理与分析系统的设计目标之一是能处理和分析数据量在几百兆到几千兆的大图象，所以系统的设计必须以大图象作为出发点，在数据结构的定义上、算法的实现上以及在系统的软硬件平台的选择上都必须给予充分的考虑.而多源图象处理与分析系统的功能设计则应建立在系统的数据结构上，在数据结构定义好的前提下,功能可多可少，以形成开放性的系统. 　　 　　(3)作为专业的图象信息系统，必须具备对各类专业数据进行处理和分析的能力.在分析和总结各专业领域的数据类型后，多源图象处理与分析系统引入了以下图象类型：二值图、灰度图、256色索引和分类图(单字节图)、64K的高彩图(索引图、分类图和整数专业数据)(双字节图)、RGB真彩色图(3字节图)、RGBP透明真彩色叠加图(4字节图)、4字节浮点数据图(用于各种频域变换和各种专业图象数据以及图象计算的中间结果)和复数(用于频域变换). 　　 　　(4)虽然多源图象处理与分析系统是以栅格数据为主的空间信息系统，单作为地理信息系统MAPGIS的一部分，必须支持栅格图、矢量图混合显示、综合处理、综合分析等功能. 　　 　　(5)图层作为当代地理信息系统的核心数据结构，对数据的组织、管理，数据的叠加分析以及综合处理都具有重要的意义.多源图象处理与分析系统中引入了图层的思想(支持1024层或256层(WIN 32S))，以动态透明地叠加显示各个图层的栅格或矢量图，进行综合动态比较、分析. 　　 　　(6)建立彩色数据库，以支持RGB，HLS和HSV的选色及色彩的调节和配准，优化的236色调色板以支持256色显示器模拟真彩色显示(建立RGB到236色的索引表)；建立HLS，HSV的色库，建立一些常用连续色调的彩色数据以表示数据连续且有大小意义的图象. 　　 　　(7)图象和图象、图象和图形间的处理、分析、叠加比较、叠加分析、镶嵌等操作均需要各个图象、图形具有统一的坐标，支持各种投影变换及几何校正(建立统一的地理坐标系). 　　 　　(8)在图象分析的高级和智能化阶段，图象聚类、图象分割、图象自动识别是图象处理和分析的主要任务，在这类处理、分析的结果图象上就存在不确定的数据，支持未定义数据以及保留数据位(以表示未定义数据以及保留数据位……)应是多源图象处理与分析系统的一个重点. 　　 　　(9)作为人机交互界面的彩色显示器将各个图象、图形等信息以红绿蓝(RGB)彩色点的形式传递给人.RGB彩色模型是一个客观彩色模型，对硬件而言这是很好的彩色模型；但对人来说RGB彩色模型就很难控制和掌握.要对RGB彩色模型进行控制，就需要引入一个更适合人的中间彩色模型.双六棱锥彩色模型［1］和单六棱锥彩色模型［1］(HLS和HSV)就是其中的两个适用的主观彩色模型.这是多源图象处理与分析系统的彩色合成、彩色分解、彩色调节、彩色自动赋值的理论基础. 　　 　　(10)作为人机交互界面的彩色显示器以及人眼的输入与输出的响应都是非线性系统，支持显示器的伽玛校正及色度校正［2］，使多源图象处理与分析系统能更好地进行彩色设计. 　　 　　(11)栅格图象数据量往往很大，而用户的目标区可能很小，同时为支持小区的试错操作，多源图象处理与分析系统支持选区操作和裁剪区操作，支持局部操作，缺省选区为全图. 　　 　　(12)为了显示系统工作状态，引入状态提示行以显示注释信息并引入等待光标；在窗口标题中放入图象信息；显示光标的客户区坐标、图象位置坐标、图象地理坐标. 　　 　　(13)支持多类多文档子窗口，包括图象(图象和图形)、文本、表格. 　　 　　(14)为支持大图象和节省内存空间，客户区的显示内容应是动态生成的. 　　 　　(15)由于对整数专业数据图、4字节浮点数据图不能直接显示，可以考虑设定一个参数以表示如何显示这个图象数据. 　　 　　(16)对二值图与256色、64K编码图而言，其彩色值表示类，可以直接通过彩色值查找类别及其面积、方差等，还可以进行膨胀、中值滤波、十字中值滤波、最频值滤波. 　　 　　(17)数据进入多源图象处理与分析系统前需进行格式转换，系统内部只支持自己的数据格式，其他数据格式需通过转换程序转换，这样可以简化多源图象处理与分析系统的设计和编程. 　　 　　(18)引入数据库工程和数据库项目的概念，在工程、项目的概念和图层的概念间建立一种关系，以简化系统文件的管理机制. 2　系统总体结构的设计 　　 　　 　　系统总体结构的设计采用了WINDOWS的多文档窗口界面技术、WINDOWS的虚拟内存管理技术［3］、WINDOWS的内存映射文件技术和多源图象处理与分析系统定义文件系统.在多文档窗口界面的控制下，每个图象对应的各类数据文件通过内存映射文件技术和虚拟内存管理技术建立一个子图象文档窗口，并在多文档窗口界面的控制下，实现各菜单命令和消息通讯.