.tif和.geotiff解析：在.osgEarth环境下的实践应用详解

本文参考资料

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简介

TIF(TIFF)是可扩充标记的文件，为 。

endian翻译为“ ” ，又称 端序 ， 尾序 。在 领域中， 是指存放多字节数据的 （byte）的顺序，典型的情况是整数在 中的存放方式和 的传输顺序。Endianness有时候也可以用指 位序 （bit）。

一般而言， 指示了一个UCS-2 的哪个字节存储在低地址。如果LSByte在MSByte （MSB, Most Significant Byte）的前面，即LSB为低地址，则该 是 小端序 ；反之则是 序 。

BIG ENDIAN： 最低位地址存放高位 ，可称高位优先， 从最低地址开始按顺序存放（高数位数字先写）。最高位 放最前面。表示Motorola结构。

LITTLE ENDIAN： 最低位地址存放低位 ，可称低位优先，内存从最低地址开始按顺序存放（低数位数字先写）。最低位字节放最前面。Intel体系。

TIF图像格式概览

TIFF 文件分为文件头、标识信息区( IFD) 以及图像数据区 . 在T IFF6. 0的文件中, 所有的标签必须以升序排列, 应通过这些标签信息来处理文件中的图像数据。

.TIF图由四个部分组成：
1、图像文件头（Image File Header简称IFH）：

IFH数据结构包含3个成员共计8个字节，

Byte order成员可能是“MM”(0x4d4d)或“II”(0x4949)，0x4d4d表示该TIFF图是摩托罗拉整数格式 0x4949表示该图是

Version成员总是十进制42(0x2a)，它用于进一步校验该文件是否为TIF格式，42这个数并不是一般人 想象中的那样认为是tif软件的版本，实际上，42这个数大概永远不会变化；

第三个成员是IFD（接下来要说的第二个数据结构）相对文件开始 处的偏移量。

图像文件目录（Image File Directory简称IFD）

IFD是TIF图中最重要的数据结构，它包含了一个TIF文件中最重要的信息，一个TIF图可能有多个IFD，这说明文件中有多个图像， 每个 IFD 标识 1 个图像的基本属性。 IFD结构中包含了三类成员，

Directory Entry Count指出该结构里面有 多少个目录入口 ；

接下来就是N个线性排列的DE序列，数量不定（这就是 为什么称TIF格式文件为可扩充标记的文件，甚至用户可以添加自定义的标记属性），每个DE标识了图像的某一个属性；

最后就是一个偏移量， 标识下一个文件目录相对于文件开始处的位置 ，当然，如果该TIF文件只包含了一幅图像，那么就只有一个IFD，显然，这个偏移量就等于0.

TIFF 文件由许多标签( T ag) 组成. 在Adobe 的有关TIFF6. 0 的说明中, 将Tag 解释为各种标签所对应的数值, 而在文件中各个标签的实际入口称为域( Field) ，也就是实际存放的信息.

目录入口（Directory Entry简称DE）
共12个字节，见图二。简单说，一个DE就是一幅图像的某一个属性。例如图像的大小、分辨率、是否压缩、像素的行列数、一个像素由几位 表示（1位代表黑白两色，8位代表256色等等）等。其中：

tag 成员是该属性的编号，在图像文件目录中，它是按照升序排列的。我们可以通过读 这些编号，然后到 TIF 格式官方白皮书中查找相应的含义。

type 属性是用 数据 来表示的，那么type就是代表着该 数据的类型 ，TIF官方指定的有5种数据类型。 type=1就是BYTE类型（8位无标记整数

length成员是 数据的数量 而不是数据类型的长度。

valueOffset很重要，它是 tag 标识的属性代表的变量值相对文件开始处的偏移量 。如果变量值占用的空间小于4个字节，那么该值就存放在 valueOffset中即可，没必要再另外指向一个地方了。
1. 0. GeoTiff 支持Tiff 格式的所有标准,它新增的 6个GeoTag 标志 信息

GeoTagPixelScale

GeoTagTiePoint (控制点)

GeoTagTransMatrix (变换矩阵)

GeoTagDirectory (地理信息目录表)、

GeoTagDoubleParams (双精度参数) 、

GeoTagASCIIParams (ASCII 参数)

也存放在Tiff 图像的文件目录( IFD) 中,用来描述图像的地理坐标信息与投影信息。

GeoTiff格式

GeoTagPixelScale（像元比例tag=33550）

目录入口（Directory Entry简称DE）结构12个字节

tag（2字节） 33550

type （2字节）                                    DOUBLE

length （4字节）                              N=3

valueOffset                                       相对于文件的该标签值的偏移量, 必须开始于字,指向域

图像中的某一点在栅格空间中的坐标与在模型空间中的坐标的比例.

格式: GeoTagPixelScale = ( Scale X , Scale Y ,Scale Z) . 该域ID 号33550 ,含3 个double 型字段: X 、Y、Z 3 个方向的比例.

Scale Z 在对应非DEM 数据时,一般为0. 根据图像对应的具体时区,3 个比例值所采用的符号规则为东正、西负,北正、南负,同时3个比例值的符号还受图像是否旋转、变形等的影响.

如ModelPixelScaleTag = (                   100. 0 ,                            100. 0 ,                                0. 0)

GeoTagTiePoint (控制点)

目录入口（Directory Entry简称DE）结构12个字节

tag（2字节） 33922

type （2字节）                                    DOUBLE

length （4字节）                              N=variable

valueOffset                                       相对于文件的该标签值的偏移量, 必须开始于字,指向域

图像中栅格坐标与其对应的模型坐标形成的坐标控制点对. 格式: GeoTagTiePoint = ( ⋯, I , J , K, X , Y , Z , ⋯) . 该域ID号为33922 ,含6 的整数倍个double 型字段. 其中,每6 个数据为一组,前3 个数据为控制点的栅格坐标,后3 个为该控制点的模型坐标.如

ModelTiePointTag = (                      0 ,                       0 ,                  0 ,                  350807. 4 ,                  316081.3 ,                           0. 0)

GeoTagTransMatrix (变换矩阵)

图像中栅格坐标到模型坐标的变换矩阵. 格式:GeoTagTransMatrix= { a , b , c , d ; e , f , g , h ; i , j , k , l ; m , n , o ,p}该域ID 号为34264 ,含有16 个double 型字段. 它可以实现从栅格坐标到PCS(模型坐标系统的投影坐标系) 坐标的直接转化. 如果对二维的非DEM 数据, m= n = o = 0 , p = 1. 若图像没有给出变换矩阵,而已知像元比例和一个Tie 点,则可结算出变换矩阵. 具体方法如下:已知像元比例为( sx , sy , sz) ,TiePoint为( I , J , K, X , Y , Z) . 其中, ( Tx , Ty , Tz) 为矩阵的3 个待定的系数,即变换矩阵= { sx , 0 , 0 , Tx ; 0 ,- sy , 0 , Ty ; 0 , 0 , sz , Tz ; 0 , 0 , 0 , 1} ,则Tx = x -I·sx , Ty = Y + J·sy , Tz = Z - K·sz (如果sz 非0) .

GeoTagDirectory (地理信息目录表tag=34 735)

此tag目录入口（Directory Entry简称DE）结构(12个字节)

GeoKeyDirecto ryTag（别名: ProjectionInfoTag, CoordSystemInfoTag Owner : SPOT Imag e, Inc.）GeoKeyDirector用来存储GeoKey(也称“地理关键字”)目录和部分内容。
）,
:
tag（2字节） 34 735 ( 87AF. H)

type （2字节）                                    SHORT                   ( 16位无符号整数(2个字节) ) ,
length （4字节）                              N= v ariable, > = 4,length成员是 数据的数量 而不是数据类型的长度.

valueOffset                                       相对于文件的该标签值的偏移量, 必须开始于字,指向数据域也即GeoKeys。

其中GeoKeyDirectoryTag域用来存储GeoKey(也称“地理关键字”)目录和部分内容，。这个标签是一个SHORT无符号整数的阵列，每四个一组。

第一组中的4个的值很特殊，包含了GeoKey地理关键字目录的头信息(Header)

Header = {版本号,主版本号,副版本号,GeoKey的个数}.

这个头信息之后紧跟的就是关键字项的列表，每一项也包括4个整型变量。关键字项是按照TIFF目录头中的目录项DE的格式构建的。

KeyEntry = { KeyID , TiffTagLocation ,Count ,ValueOffset}.

KeyID 为本Key 的ID 号

在关键字项的定义中，可能还会包括一些其它的值。例如，如果一个关键字需要多个SHORT(整型)值，那么这些值就会放在 标签(域)的末尾 ，关键字项就会设置TIFFTagLocation=GeoKeyDirectorytag，偏移量的值就会指向这些值的位置。

GeoDoubleParamsTag(tag=34736)

tag（2字节） 34 736

type （2字节）                                    DOUBLE 双精度（8字节）

length （4字节）                              N= v ariable,

valueOffset                                       相对于文件的该标签值的偏移量, 必须开始于字,指向GeoDoubleParamsTag域

其中GeoDoubleParamsTag域存储所有的DOUBLE(双精度)类型的地理关键字的值，这个标签中的双精度阵列中的任何值的含义都是由GeoKeyDirectoryTag
中指向这个值的关键字项决定的。单精度的值必须先转换为双精度才能存储。

GeoDoublePar amsTag( 34 736) → ( 1. 5    365.7      782.34)

GeoAsciiParamsTag( tag=34737)

tag（2字节） 34 737

type （2字节）                                    ASCII（8位字符）

length （4字节）                              N= v ariable,

valueOffset                                       相对于文件的该标签值的偏移量, 必须开始于字,指向GeoASCIIParamsTag域

GeoASCIIParamsTag域用来存储所有ASCII类型的GeoKeyDirectoryTag中涉及的GeoKey 值（地理关键字的值）。既然关键字使用的是 标签内 的偏移量，因此在标签的开头就可以放置其他特殊的注释。

描述投影和数据等的文献或参考资料. 由于大量的ASCII 型的值都存储在这一个Tag里面, 每一个GeoKey 的值的空定界符用“| ”来代替, 以此能更清晰地区分和读取各GeoKey 的值, 就像下面这样.GeoAsciiParamsTag = f irst_value| second_value| etc. . . . . . . last_value|

如GeoAsciiPar amsTag( 34737) → ( Custom File| My Geographic| )

示例

举一个例子来具体说明GeoTiff 的编码过程:
ModelTiePointTag = (0 , 0 , 0 , 350807. 4 , 316081.3 , 0. 0)
ModelPixelScaleTag = (100. 0 , 100. 0 , 0. 0)
GeoKeyDirectoryTag :
GTModelTypeGeoKey = 1
GTRasterTypeGeoKey = 1
ProjectedCSTypeGeoKey = 32660
PCSCitationGeoKey = ”UTM Zone 60 N withWGS84”
上述编码说明,这幅GeoTiff 图像含有一个TiePoint = (0 , 0 , 0 , 350807. 4 , 316081. 3 , 0. 0) ,

像元比例为(100. 0 , 100. 0 , 0. 0 ) ,

栅格坐标空间采用的是PixelIsArea ,

模型坐标空间采用了投影坐标系. 类型为PCS-WGS84-UTM- ZONE-60 N ,即使用北60 时区的WGS84 的UTM投影.