專利名稱：一種遙感影像快速處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遙感通信領(lǐng)域，尤指ー種遙感影像的快速處理方法。
背景技術(shù)：
傅立葉變換技術(shù)是圖像處理中基本方法，在圖像編碼與壓縮、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像噪聲去除等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，獲取的遙感圖像數(shù)據(jù)量越來越大，波段數(shù)目也越來越多。目前，有很多圖像處理方法都可以實(shí)現(xiàn)圖像的快速傅立葉變換(FFT)，但在處理巨幅影像時(shí)常常會出現(xiàn)內(nèi)存、顯存溢出的問題，無法完成對遙感影像的處理
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供ー種在處理小圖像時(shí)，直接利用GPU技術(shù)進(jìn)行處理；針對巨幅影像，進(jìn)行圖像的分塊處理的方法，以適應(yīng)不同大小的遙感影像快速處理。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的遙感影像快速處理方法，包括以下步驟I)根據(jù)遙感影像和GPU顯存的大小，判斷是否對遙感影像進(jìn)行分塊；如果需要對遙感影像分塊，則轉(zhuǎn)入步驟2)；2)將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的行塊，利用GPU對每行塊分別進(jìn)行ー維傅里葉行變換；3)將上述處理完的結(jié)果重新組合為整幅遙感影像后，將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的列塊，利用GPU對每列塊分別進(jìn)行ー維傅里葉列變換；4)將經(jīng)過上述步驟處理完的結(jié)果重新組合，即完成對整幅遙感影像的處理。進(jìn)一歩，步驟I)具體為如果遙感影像能夠被GPU處理，則將遙感影像全部讀入GPU顯存中，利用GPU并行計(jì)算進(jìn)行遙感影像的ニ維傅立葉變換；如果遙感影像過大，不能被GPU處理，則轉(zhuǎn)入步驟2)。進(jìn)ー步，步驟2)具體為首先，將遙感影像分割成能夠被計(jì)算機(jī)內(nèi)存處理的若干行塊，并將分割的每一行塊依次讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；其次，將讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的每一行塊分割成能夠被GPU處理的若干子行塊，并將分割的每一子行塊依次讀入GPU顯存中；再次，利用GPU對讀入GPU顯存的每一子行塊進(jìn)行一維傅立葉行變換，將ー維傅立葉行變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤。進(jìn)ー步，根據(jù)內(nèi)存大小所分的行塊個(gè)數(shù)是通過公式b=+ !得到，其
中b為所分行塊個(gè)數(shù)，p為姆個(gè)像素點(diǎn)在內(nèi)存中所占的字節(jié)數(shù)，m,n為影像的大小,a為處理圖像時(shí)系統(tǒng)的可用內(nèi)存。進(jìn)ー步，根據(jù)GPU顯存大小所分的行塊個(gè)數(shù)是根據(jù)公式B =1ノ得至IJ，其中B為所分行塊個(gè)數(shù)，P為每個(gè)像素點(diǎn)在顯存中所占的字節(jié)數(shù)，M，N為影像的大小，A為處理圖像時(shí)系統(tǒng)的可用顯存。進(jìn)ー步，步驟3)具體為首先，經(jīng)過上述處理后的遙感圖像重新組合為整幅遙感影像后，將遙感圖像分割成能夠被計(jì)算機(jī)內(nèi)存處理的若干列塊，并將分割的每一列快依次讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；其次，將讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的每一列塊分割成能夠被GPU處理的若干子列塊，并將分割的每一子列塊依次讀入GPU顯存中；再次，利用GPU對讀入GPU顯存的每一子列塊進(jìn)行一維傅立葉列變換，將ー維傅立葉列變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤。進(jìn)ー步，根據(jù)內(nèi)存大小所分的列塊個(gè)數(shù)是根據(jù)公式c=十;!得到，其
中C為所分列塊個(gè)數(shù)，p為姆個(gè)像素點(diǎn)在內(nèi)存中所占的字節(jié)數(shù)，m,n為影像的大小,a為處理圖像時(shí)系統(tǒng)的可用內(nèi)存。進(jìn)ー步，根據(jù)GTO顯存大小所分的列塊個(gè)數(shù)是根據(jù)公式C =十I.得
至IJ，其中C為所分列塊個(gè)數(shù)，P為每個(gè)像素點(diǎn)在顯存中所占的字節(jié)數(shù)，M，N為影像的大小，A為處理圖像時(shí)系統(tǒng)的可用顯存。進(jìn)ー步，在將ー維傅里葉變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤同時(shí)，記錄下處理后的每ー塊遙感影像的地址。本發(fā)明的遙感影像快速處理方法，解決了海量遙感影像快速傅里葉變換受限于計(jì)算機(jī)配置的問題，根據(jù)圖像大小、計(jì)算機(jī)內(nèi)存大小以及GPU顯存大小，對遙感圖像進(jìn)行分塊處理，可以避免在對大幅遙感影像進(jìn)行處理過程中的內(nèi)存和顯存溢出問題。與現(xiàn)有的遙感影像處理方法相比，具有處理快速、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以對大幅和小幅遙感影像進(jìn)行快速處理。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的遙感影像快速處理方法，為了降低寫操作次數(shù)采用分塊技術(shù)，該處理方法具體為1)根據(jù)遙感影像和GPU顯存的大小，判斷是否對遙感影像進(jìn)行分塊。如果遙感影像能夠被GPU處理，則將遙感影像全部讀入GPU顯存中，利用GPU并行計(jì)算進(jìn)行遙感影像的ニ維傅立葉變換；如果遙感影像過大，不能被GPU處理，則轉(zhuǎn)入下歩。2)將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的行塊，利用GPU對每行塊分別進(jìn)行ー維傅里葉行變換；為了避免遙感影像在讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存過程中發(fā)生內(nèi)存溢出，首先需要將遙感影像分割成能夠被計(jì)算機(jī)內(nèi)存處理的若干行塊，并將分割的每一行塊依次讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中按順序進(jìn)行處理；由于GPU顯存容量較小，一般顯存容量均小于內(nèi)存容量，GPU在對經(jīng)分塊后的遙感影像處理吋，如果分塊后的遙感影像大于GPU顯存容量，在遙感影像讀入GPU顯存時(shí)就會發(fā)生顯存溢出。因此，在對遙感影像按計(jì)算機(jī)內(nèi)存大小分塊后，還需將讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的每一行塊分割成能夠被GPU處理的若干子行塊，并將分割的每一子行塊依次讀入GPU顯存中，然后利用GPU對讀入GPU顯存的每一子行塊進(jìn)行一維傅立葉行變換，在完成所有行塊的一維傅里葉行變換后將ー維傅立葉行變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤，即完成對整幅遙感影像的行處理。3)將上述處理完的結(jié)果重新組合為整幅遙感影像后，將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的列塊，利用GPU對每列塊分別進(jìn)行ー維傅里葉列變換；同 理，對遙感影像進(jìn)行ー維傅里葉列變換時(shí)，為了避免發(fā)生內(nèi)存和顯存溢出，也分別需要對遙感影像進(jìn)行按內(nèi)存和顯存大小的分塊，在進(jìn)行分塊前首先將經(jīng)過一維傅里葉行變換處理后的遙感圖像重新組合為整幅遙感影像，將遙感圖像分割成能夠被計(jì)算機(jī)內(nèi)存處理的若干列塊，并將分割的每一列快依次讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；其次，將讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的每一列塊分割成能夠被GPU處理的若干子列塊，并將分割的每一子列塊依次讀入GPU顯存中；再次，利用GPU對讀入GPU顯存的每一子列塊進(jìn)行一維傅立葉列變換，將ー維傅立葉列變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤。4)將經(jīng)過一維傅里葉列變換處理完的結(jié)果重新組合，即完成對整幅遙感影像的傅里葉變換處理。在將ー維傅里葉變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤同時(shí)，還可以記錄下處理后的每ー塊遙感影像的地址，以便于處理完的遙感影像的快速重新組合。本發(fā)明的方法除了可以適應(yīng)對大幅遙感影像處理的優(yōu)點(diǎn)之外，與傳統(tǒng)的圖像FFT變換處理相比還具有遙感影像處理快速的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的圖像FFT變換的算法是先做行變換，然后將結(jié)果做行列轉(zhuǎn)置，接著對轉(zhuǎn)置后的結(jié)果又做行變換，這一歩其實(shí)是對原圖像的列、變換，轉(zhuǎn)置的目的是為了重用行變換的程序，最后所得的結(jié)果還要做一次轉(zhuǎn)置以符合行列排列的順序。因?yàn)閷⑿写娉闪袝r(shí)，一行內(nèi)的數(shù)據(jù)由連續(xù)存儲變?yōu)殡x散到各行，這樣寫入磁盤時(shí)就需要跳躍進(jìn)行，假設(shè)原圖像寬為W，高為H，將一行轉(zhuǎn)置成一列，需要執(zhí)行的寫操作次數(shù)為W次，對整幅圖像轉(zhuǎn)置共需要寫入WXH次，大大降低寫的操作效率，造成遙感影像在進(jìn)行FFT處理時(shí)速度非常慢。而本發(fā)明的方法，首先將圖像分成若干行塊，每塊有m行，將ー維傅立葉變換后結(jié)果分成若干子塊，每塊包含n列。這樣，一維傅立葉變換寫操作的次數(shù)為
~x~在進(jìn)行列變換時(shí)，直接將相應(yīng)的列塊讀入內(nèi)存，進(jìn)行一維傅立葉變換即可，不必進(jìn)
o
行圖像的轉(zhuǎn)置，大大減小了處理時(shí)間，提高了處理效率。本發(fā)明按照內(nèi)存的分塊數(shù)b是按照以下公式得出的
/in KnX p.、b. = (,-M十]讀入內(nèi)存的每ー塊影像的字節(jié)數(shù)s為S =其中b為所分行塊個(gè)數(shù)，p為姆個(gè)像素點(diǎn)在內(nèi)存中所占的字節(jié)數(shù)，m, n為影像的大小，a為處理圖像時(shí)系統(tǒng)的可用內(nèi)存。假設(shè)計(jì)算機(jī)是4個(gè)CPU，經(jīng)過測試51%的內(nèi)存正在使用，物理內(nèi)存為4G時(shí)，共有4080713728個(gè)字節(jié)，可用的物理內(nèi)存為1877MB，一幅16000X12000的影像大小是0. 54GB則影像分的塊數(shù)就是ー塊，讀入內(nèi)存中的每ー塊影像的字節(jié)數(shù)576000000個(gè)字節(jié)，就是549. 32MB。一幅20000X12000的影像大小是I. 12GB則影像分的塊數(shù)就是ニ塊，讀入內(nèi)存中的每ー塊影像的字節(jié)數(shù)600000000個(gè)字節(jié)，就是572. 20MB。由于顯存容量較小，因此還需要將讀入到內(nèi)存中的塊劃分為更小的子塊，才能利用GPU進(jìn)行高效處理。子塊的大小會影響到數(shù)據(jù)在GPU中運(yùn)算的速度和數(shù)據(jù)讀寫時(shí)與I/O的交互速度。分的子塊太小，將中間結(jié)果暫存到磁盤上時(shí)，文件讀寫的次數(shù)就很多，増加了I/O之間的頻繁交互；分的子塊太大，就會導(dǎo)致顯存溢出。子塊大小的計(jì)算與讀入到內(nèi)存中的塊大小計(jì)算相似，在此就不多做鰲述。為了驗(yàn)證本發(fā)明方法的效果，以下列出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以說明以HJ-IA 衛(wèi)星 CCD 影像為例，分別對 16000 X 12000、20000 X 20000、30000 X 20000、40000 X 30000,40000 X 40000,80000 X 80000進(jìn)行處理，由于實(shí)際影像的大小小于表中圖像
的大小，還需要對圖像進(jìn)行重采樣得到被測試的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中采用兩種方法進(jìn)行巨幅影像的處理比較。第一種方法傳統(tǒng)的FFTW方法。主要思想是將圖像處理的中間結(jié)果以固定緩存來存儲，依據(jù)緩存的最大容量，毎次處理多行數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果組成ー塊，先在緩存中進(jìn)行轉(zhuǎn)置，并寫入到磁盤中。第二種方法本發(fā)明的方法。表2三種算法正變換運(yùn)算時(shí)間(単位s)
權(quán)利要求
1.一種遙感影像快速處理方法，其中，包括以下步驟 1)根據(jù)遙感影像和GPU顯存的大小，判斷是否對遙感影像進(jìn)行分塊；如果需要對遙感影像分塊，則轉(zhuǎn)入步驟2)； 2)將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的行塊，利用GPU對每行塊分別進(jìn)行一維傅里葉行變換； 3)將上述處理完的結(jié)果重新組合為整幅遙感影像后，將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的列塊，利用GPU對每列塊分別進(jìn)行ー維傅里葉列變換； 4)將經(jīng)過上述步驟處理完的結(jié)果重新組合，即完成對整幅遙感影像的處理。
2.如權(quán)利要求I所述的遙感影像快速處理方法，其中，步驟I)具體為如果遙感影像能夠被GPU處理，則將遙感影像全部讀入GPU顯存中，利用GPU并行計(jì)算進(jìn)行遙感影像的ニ維傅立葉變換；如果遙感影像過大，不能被GPU處理，則轉(zhuǎn)入步驟2)。
3.如權(quán)利要求I所述的遙感影像快速處理方法，其中，步驟2)具體為首先，將遙感影像分割成能夠被計(jì)算機(jī)內(nèi)存處理的若干行塊，并將分割的每一行塊依次讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；其次，將讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的每一行塊分割成能夠被GPU處理的若干子行塊，并將分割的每一子行塊依次讀入GPU顯存中；再次，利用GPU對讀入GPU顯存的每一子行塊進(jìn)行ー維傅立葉行變換，將ー維傅立葉行變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤。
4.如權(quán)利要求3所述的遙感影像快速處理方法，其中，根據(jù)內(nèi)存大小所分的行塊個(gè)數(shù)是通過公式
5.如權(quán)利要求4所述的遙感影像快速處理方法，其中，根據(jù)GPU顯存大小所分的行塊個(gè)數(shù)是根據(jù)公式
6.如權(quán)利要求I所述的遙感影像快速處理方法，其中，步驟3)具體為首先，經(jīng)過上述處理后的遙感圖像重新組合為整幅遙感影像后，將遙感圖像分割成能夠被計(jì)算機(jī)內(nèi)存處理的若干列塊，并將分割的每一列快依次讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；其次，將讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的每一列塊分割成能夠被GPU處理的若干子列塊，并將分割的每一子列塊依次讀入GPU顯存中；再次，利用GPU對讀入GPU顯存的每一子列塊進(jìn)行一維傅立葉列變換，將ー維傅立葉列變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤。
7.如權(quán)利要求6所述的遙感影像快速處理方法，其中，根據(jù)內(nèi)存大小所分的列塊個(gè)數(shù)是根據(jù)公式
8.如權(quán)利要求7所述的遙感影像快速處理方法，其中，根據(jù)GPU顯存大小所分的列塊個(gè)數(shù)是根據(jù)公式
9.如權(quán)利要求3或6所述的遙感影像快速處理方法，其中，在將ー維傅里葉變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)存入磁盤同時(shí)，記錄下處理后的每ー塊遙感影像的地址。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遙感影像快速處理方法，包括以下步驟1)根據(jù)遙感影像和GPU顯存的大小，判斷是否對遙感影像進(jìn)行分塊；如果需要對遙感影像分塊，則轉(zhuǎn)入步驟2)；2)將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的行塊，利用GPU對每行塊分別進(jìn)行一維傅里葉行變換；3)將上述處理完的結(jié)果重新組合為整幅遙感影像后，將遙感影像分成若干計(jì)算機(jī)內(nèi)存和GPU顯存可以處理的列塊，利用GPU對每列塊分別進(jìn)行一維傅里葉列變換；4)將經(jīng)過上述步驟處理完的結(jié)果重新組合，即完成對整幅遙感影像的處理。本發(fā)明的遙感影像快速處理方法，解決了海量遙感影像快速傅里葉變換受限于計(jì)算機(jī)配置的問題。
文檔編號G06T7/00GK102663759SQ201210119088
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者余濤, 孟慶巖, 楊雪, 謝東海, 趙利民, 顧行發(fā) 申請人:中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所