TIFF图像及衍生图像格式GeoTIFF探讨
TIFF图像及衍生图像格式GeoTIFF探讨
TIFF图像及衍生图像格式GeoTIFF探讨
简介:TIFF格式是现在比较流行的一种含信息量较大的一种格式。而GeoTIFF是TIFF应用在图像处理和地理分析上的一种特有的图像格式。本文主要介绍了TIFF和GeoTIFF文件的格式，还有分析了GeoTIFF中独有的GeoKey的6个标签各自的作用。
关键字：TIFF，结构，标签（Tag），GeoTIFF，GeoKey参考文献的标准格式
一、TIFF简介[Adobe Developers Association,1992]
标签图像文件格式（Tagged Image File Format，简写为TIFF）是一种主要用来存储包括照片和艺术图在内的图像的文件格式。它最初由 Aldus公司与微软公司一起为PostScript 打印开发。TIFF与JPEG和PNG一起成为流行的高位彩图像格式。TIFF格式在业界得到了广泛的支持，如Adobe公司的Photoshop、The GIMP Team的GIMP、Ulead PhotoImpact和Paint Shop Pro等图像处理应用、QuarkXPress和Adobe InDesign这样的桌面印刷和页面排版应用，扫描、传真、文字处理、光学字符识别和其它一些应用等都支持这种格式。
TIFF 是一个灵活适应性强的文件格式。通过在文件头中包含“标签”它能够在一个文件中处理多幅图像和数据。标签能够标明图像的如图像大小这样的基本几何尺寸或者定义图像数据是如何排列的并且是否使用了各种各样的图像压缩选项。例如，TIFF可以包含JPEG和行程长度编码压缩的图像。TIFF文件也可以包含基于矢量的裁剪区域（剪切或者构成主体图像的轮廓）。使用无损格式存储图像的能力使TIFF文件成为图像存档的有效方法。与JPEG不同，TIFF文件可以编辑然后重新存储而不会有压缩损失。其它的一些TIFF文件选项包括多层或者多页。
TIFF主要是描述图像的资料,包括黑白、彩及灰度的图像。该格式支持256、24位真彩、32位、48位等多种彩位。
TIFF-B适用于二值图像；
TIFF-G适用于黑白灰度图像；
TIFF-P适用于带调板的彩图像；
TIFF-R适用于RGB真彩图像。
二、tiff图像文件的结构
TIF F图像文件的结构包括文件头(Image File Header, IM)、图像文件目录(Image File Directory, IFD)和图像数据区。每一个文件只能有一个文件头，但允许有多个文件目录和多个图像数据区;每一个IFD和一个图像数据区对应一幅图像，IFD包含每一幅图像的一些基本信息以及各种数据在文件中的位置，因此一个TIFF，文件可以存储多幅图像。
文件头是一个8字节的头文件，其中最后两个字节指向图像文件目录(IFD )。在头文件中，1一2字节的内容为II(0x4949)或MM(0x4d4d)，0x4d4d表示该TIIFF图像是摩托罗拉整数格式，0x4949表示该图是Intel正式格式，同时也表示字节在计算机中的存放次序(高字节在前，或低字节在前);3一4字节是TIFF文件的特定标志，值为42的整数，由此可以判断该图像是否为标准的TIFF图像文件;5一8字节是第一个IFD相对文件开始处得偏移量。(2-1) [牛答涛,盛业华,2004]
（图2-1）IFD是TIFF图像中最重要的数据结构，它包含了一个TIFF文件中最重要的信息，一个TIFF图像可能有多个IFD，这个说明了文件中有多个图像，每个IFD表示一个图像的基本属性。
IFD是以链表的形式存放的，且长度不固定，其中前两个字节是IFD中存放的目录项(Directory Entry)的个数，即是有多少个目录入口；后面是一系列12个字节的目录项，为N个线性排列的DE序列，数量不限，每个DE标标识了图像的某一种属性；最后4个字节是指向
下一个图像文件目录（1FD）的偏移量，或者0值（该TIFF文件只包含一副图像）。
（图2-2）
（图2-3）
每一个目录项（DE）包含有标签（Tag）的名称（2字节），通常用对应的整数来表示；接下来2个字节表示的是该目录的数据类型，取值位1~12，具体含义见表1。然后是表示存放数据数量的4字节。最后4字节是存放数据的值或当该值大于4个字节是存放数据的偏移地址。另外，所有的目录项（DE）都是按标签（Tag）的大小升序排列的。
（表1）
最大的TIFF图像可以储存大约232Bytes的信息。图像上每个像素都对应一个或者多个值，图像区一般大于64Kbyte，在某些环境中难以一次度写完，可以采用两种方法将图像进行分割：
[3]
条状分割，适用于分辨率低的图像；块状分割，适用于分辨率高的图像。
三、GeoTIFF简介[Niles Biter, Mike Ruth,2000]
GeoTIFF是由TIFF 6.0衍生出来的一种文件格式，他继承了TIFF6.0规范中的文件结构（如下图）。然后，它在TIFF标准的基础上又引入了新的坐标空间。
GeoTIFF所解决的核心问题，就是建立的坐标空间之间的对应关系。GeoTIFF 目前支持三种坐标空间：栅格空间（Raster Space）、设备空间（Device Space）和模型空间（Model Space）。为了支持影像和DEM 数据的存储，GeoTIFF 又将栅格空间细分为描述“面像元”和“点像元”的两类坐标系统；设备空间通常在数据输入/输出时发挥作用，与GeoTIFF 的解析无关；模型空间是GeoTIFF 引入的坐标空间，用来描述数据对应的地理位置，根据不同需要可选用地理坐标系、地心坐标系、投影坐标系和垂直坐标系（涉及高度或深度时）表示。
而GeoTIFF解决这个问题的方法,GeoTIFF只要求记录这些点对的坐标，为用户提供参考。当然,如果栅格空间和模型空间仅仅存在简单的缩放、平移关系,我们可以通过一系列的公式描述出两空间的坐标变化,并储存在GeoTIFF之中。［刘修国，花卫华,2002］除了这些信息之外，GeoTIFF 还需记录与模型坐标密不可分的其它信息，如地图投影信息等。由于世界各国采用的投影方法、坐标系单位及椭球参数种类繁多，如果将每个参数都用一个标签表示，至少也需要上百个标签，这会耗尽TIFF 定义的有限标签资源。。另一方面一个私有的IFD，即使可以提供成千的空闲标签，，但标签值对不理解其具体含义的用户来说仍然是不可见的。

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