遥感影像免切片8：瓦片图像

1. 概述

本文主要介绍如何以瓦片的方式组织图像，而不是以条带的方式组织图像。

对于低分辨率或者中分辨率的图像而言，标准的 TIFF 文件是将图像分割为许多个条带就足够了。但是，对于高分辨率图像来说，如果图像被分割为大致正方形的瓦片而不是水平的条带，则可以更有效地访问，压缩效果也会更好。

在组织 TIFF 文件时，如果使用瓦片的方式来组织文件，则将会弃用 StripOffsets、StripByteCount 和 RowsPerStrip TAG，而是使用对应的 TileWidth、TileLength、TileOffsets 和 TileByteCounts 来表示瓦片的具体信息。但切记，不可在同一个文件中同时出现条带（Strip）和瓦片（Tile）相关的 TAG。

瓦片不一定是正方形，它们的大小由 TileWidth 和 TileLength 来确定。在同一个 TIFF 文件中，所有的瓦片的大小都是相同的，也就是说，它们具有相同的像素大小。

对于图像边界（尤其是右边界和下边界），如果图像的像素个数不能对应到一个瓦片，则使用其他数据来填充。例如，对于一个图像宽度为129、瓦片宽度为64的 TIFF 文件而言，该文件需要3个瓦片，第3个瓦片的剩余63个像素需要使用其它值来填充。填充使用的值并不重要，因为 TIFF 浏览器只展示 ImageWidth、ImageLength 定义的像素，超出该范围，将会忽略任何填充的像素。如果通过复制最后一行或者最后一列而不是使用0来填充，则对于一些压缩算法的效果会更好。

虽然将图像数据填充到图像边界的瓦片的确浪费了一些空间，但是压缩算法通常填充的区域压缩的很小甚至可以不占用空间。但也需要了解清楚的是，对于大型图像而言，即便没有使用压缩算法，填充边界瓦片（一般很小）浪费的空间也是很小的，通常在几个百分点或者更小的范围以内。

填充图像边界的瓦片的优点在于，实现可以更加简单、更快，并且与面向瓦片的压缩算法更兼容。瓦片可以被单独压缩，在压缩时，瓦片中的每一行数据可以被看作单独的"扫描线"。

2. 相关的TAG

2.1 TileWidth

• TAG 值：322
• 数据类型：SHORT 或者 LONG
• 数据值个数：1个

TileWidth 以像素为单位表示瓦片的宽度，也就说，每个瓦片中有多少列的像素。它的值必须是16的整数倍。这个限制可提高某些图形环境的性能，并增强与 JPEG 等压缩方案的兼容性。

2.2 TileLength

• TAG 值：323
• 数据类型：SHORT 或者 LONG
• 数据值个数：1个

TileLength 以像素为单位表示瓦片的高度或者长度，也就说，每个瓦片中有多少行的像素。它的值也必须是16的整数倍。

2.3 TileOffsets

• TAG 值：324
• 数据类型：LONG
• 数据值个数：
  • 当 PlanarConfiguration 等于1时，使用 TilesPerImage（具体计算方式在2.5小节中介绍） 来表示
  • 当 PlanarConfiguration 等于2时，使用SamplesPerPixel * TilesPerImage来表示

TileOffsets 的值是一个数组，表示每个瓦片对应的相对于 TIFF 文件开头的字节偏移量，每个瓦片的偏移量是独立的，与其他瓦片的位置无关。

偏移顺序遵照从左到右、从上到下的规则。当 PlanarConfiguration 等于2时，首先存储第1个通道的偏移量，然后是第2个通道的偏移量，依次类推。

2.4 TileByteCounts

• TAG 值：325
• 数据类型：SHORT 或者 LONG
• 数据值个数：
  • 当 PlanarConfiguration 等于1时，使用 TilesPerImage（具体计算方式在2.5小节中介绍） 来表示
  • 当 PlanarConfiguration 等于2时，使用SamplesPerPixel * TilesPerImage来表示

TileByteCounts 的值是一个数组，表示每个瓦片压缩后的字节大小。

2.5 相关计算规则

在 TIFF 文件生成或者解析过程中，除了上面介绍的4个 TAG，还会有几个中间值。这些中间值不是 TIFF 标准中的 TAG，它们是临时的，具体计算规则如下：

计算结果为整数

1. TilesAcross = (ImageWidth + TileWidth - 1) / TileWidth
2. TilesDown = (ImageLength + TileLength - 1) / TileLength
3. TilesPerImage = TilesAcross * TilesDown

TilesAcross 由 ImageWidth 和 TileWidth 两个 TAG 来确定，用来确定在水平方向上的瓦片的数量。TilesDown 由 ImageLength 和 TileLength 两个 TAG 来确定，用来确定在垂直方向上的瓦片的数量。

TIFF 标准建议设置 TileWidth 和 TileLength，以便在压缩之前所产生的瓦片大小在 4K - 32K 字节之间。对于大多数应用程序和压缩方案而言，这也是合理的数值。

需要注意的是，ImageWidth 可以小于 TileWidth，ImageLength 也可以小于 TileLength，出现的原因可能是瓦片的大小太大或者在比较小的图像上使用瓦片。无论是哪种情况，都不建议使用瓦片的方式来组织数据。