深入解析GDAL库的RasterIO()函数

梦里梦外; 2023-09-24 19:01 31阅读 0赞

转自：http://blog.csdn.net/liminlu0314/article/details/8301585

首先说明一下GDALRasterBand的RasterIO函数，波段类的RasterIO函数相比GDALDataset类的RasterIO函数比较简单，先从这个简单的说起。图像还是以上面的图为例，我们只取第一个波段为例进行说明。第一个波段的图像如下图所示：

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图1：第一张波段示意

我们再把GDALRasterBand的RasterIO函数接口拿过来，形式如下：

CPLErr GDALRasterBand::RasterIO([GDALRWFlag][]eRWFlag,int nXOff,int nYOff,int nXSize,int nYSize,void \*pData,int nBufXSize,int nBufYSize,[GDALDataType][]eBufType,int nPixelSpace,int nLineSpace)

第一个参数eRWFlag就是读写标记，用来指定你是读取图像还是写入图像，很简单。

接下来的四个参数是用来指定读写图像的范围的，其中前两个用来说明读取的位置，起始行列号，后两个是读写图像的宽度和高度，比如我们要在上面的图1中读取一个大小为300×200的矩形区域，从位置（100，200）开始读取，如图2所示：图中左上角红色的坐标(100,200)就是起始位置，分别对应于第二个参数nXOff和第三个参数nYOff，图中的Width=300就对应于第四个参数nXSize，图中的Height=200就对应于第五个参数nYSize。这样就确定了我们要读取或者写入图像的位置和大小了。

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图2：RasterIO参数说明

第六个参数void\* pData就是用来存储图像的元素值的地方，如果是读取图像，那么读取出来的图像像素值就存储在这个pData中，如果是写入图像，那么这个pData中的数据会被写入到图像上指定的位置中去。那么这个pData的数组大小是多少呢？别急，这个pData的大小是有后面两个参数确定的，即nBufXSize和nBufYSize，这个pData的大小一定不能小于nBufXSize×nBufYSize，否则RasterIO的返回值是错误的（很多人可能都觉得RasterIO没有返回值，RasterIO是有返回值的，是一个int类型的枚举值，如果这个函数返回的不是CE\_None，就是0，那么RasterIO就出错了，出错的意思就是读取的时候可能没读出数据，写入的时候没有写到图像中去）。这两个参数的意义不仅仅这么简单，他们还有更牛逼的功能，就是用来缩放图像。比如图2中，读取图像的范围是300×200，如果我要读取图像中的原始数据，那么这两个参数分别应该设置为nBufXSize=300和nBufYSize = 200。这样的用法是最常用的也是最简单的。如果我把这两个参数的值设置为nBufXSize=150和nBufYSize=100会发生什么情况呢？恭喜你，你会得到图3中矩形框的一个缩小的图像，也就是行和列都缩小一半，等等，什么意思，我好想没搞明白。缩小一半的意思就是自动把图2中的矩形区域中的灰度值重采样，重采样结果的大小就是你设定的这个150×100。那再比如说，把这两个参数的值设置为nBufXSize=600和nBufYSize=400，读出来的数据就是把图2中的矩形区域图像重采样至原来的两倍。当然了，这个都是GDAL内部自动实现的，重采样方式默认使用的是最邻近采样。如果设置的nBufXSize和nBufYSize与nXSize和nYSize不一样的话，同时图像没有金字塔的话，速度可能会慢，如果有金字塔的话，速度就会很快了。

图3是图2中矩形区域的图像，图4是设置nBufXSize=150和nBufYSize=100读取出来的图像，图5是设置nBufXSize=600和nBufYSize=400读出来的图像。

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图3 nBufXSize=300和nBufYSize=200读取图像

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图4 nBufXSize=150和nBufYSize=100读取图像

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图5 nBufXSize=600和nBufYSize=400读取图像

接下来是第九个参数nBufType，意思是将数据读取的数据类型，这个参数和pData有密切的关系（不过从pData开始，后面的参数都是和pData相关的），nBufType就是用来标记pData的类型，比如pData是char，那么nBufType就是GDT\_Byte，如果pData是float类型，那么就是GDT\_Float32，如果pData是double类型，那么就是GDT\_Float64等等。这个参数和图像的数据类型没有多大关系，只要和pData的类型一致就不会出错。如果这个参数和图像的数据类型设置的不一致，不会报错，但是读出来的数据可能是错的，当然，这个是有规律的，具体的规律就是，如果图像的GDT\_Byte类型的，那么这个参数设置任何类型都能把图像中的数据读出来。如果图像数据类型是GDT\_Float32，这个参数设置为GDT\_Byte，那么读出来的数据就是错的。那么这是为什么呢？主要的原因就是C/C++的数据类型转换的时候精度丢失的问题，开始图像是GDT\_Byte类型，也就是图像里面的值都是用无符号的char来存的，那么后面不管你的pData类似是char，short，int，float还是double，都可以把无符号的char存进去；但是如果图像是float类型，你后面pData是个无符号char类型，那么在把一个float的数赋值给一个char肯定会丢失啊，假如这个float数是300.0，char是不可能存超过0～255，或者-127～128之外的数据的，这样就会造成数据截断。关于这部分可以参考《深入理解计算机系统》这本书。此外，关于这部分可以参考之前的那篇RasterIO博客。

到这里就剩下最后两个参数了，nPixelSpace和nLineSpace，这两个参数是用来控制参数pData中像元的存储顺序的，nPixelSpace表示的是当前像素值和下一个像素值之间的间隔，nLineSpace表示当前行和下一行的间隔，单位都是按照字节为单位计算。这两个值默认给0，表示的是，nPixelSpace=sizeof(DataType)，nLineSpace=nBufXSize\*sizeof(DataType)，什么意思呢，意思就是，当前像素和下一个像素是紧接的；当前行和下一行的距离是一行像素。可能这个说法还是有些抽象，简单的说，就是默认读取出来的图像的像素值在pData这个数组中的顺序是按照从左到右，从上到下的顺序存储的。通过这两个参数，可以很容易的对pData中的数据进行排序，比如默认是是从左到右，从上到下的顺序存储，那么假如我要读取按照从上到下，从左到右的顺序存储的话，该怎么设置？OK，从上到下，从左到右，也就是第一个像素的下一个像素是在下一行，所以nPixelSpace应该等于一行像素的大小，即nBufXSize\*sizeof(DataType)，第一行和下一行的间隔就是最右边的呗，所以nLineSpace的值就是sizeof(DataType)。

至此，我们已经把GDALRasterBand类的RasterIO的函数做了一个详细的说明。下面开始对GDALDataset类的RasterIO做一个说明。GDALDataset类的RasterIO和GDALRasterBand类的RasterIO的接口基本一样，除了多了几个参数。除了多出来的参数我会在下面说明，没有多出来的意义和上面的一样，下面不再赘述。还是一样，我们先把GDALDataset类的RasterIO接口列出来，形式如下：

CPLErr GDALDataset::RasterIO([GDALRWFlag][] eRWFlag,int nXOff,int nYOff,int nXSize,int nYSize,void \* pData,intnBufXSize,int nBufYSize,[GDALDataType][] eBufType,int nBandCount,int \* panBandMap,int nPixelSpace,intnLineSpace,int nBandSpace)

OK，我们从第一个参数开始，遇到和上面一样的，请直接回去看上面的说明。从第一个一直到第九个，和上面的一样，跳过。第十个参数nBandCount，这个参数用来指定读取的波段的个数，首先我们要有个背景知识，就是GDALDataset里面有很多个GDALRasterBand，比如一个普通的照片，至少有三个波段，即RGB。所以这个参数就是用来说明我要读取的波段的个数，比如TM的数据有7个波段，我只要读取其中的三个来进行显示，那么就把这个参数设置为3即可。到这里可能有人问了，我从7个波段选择3个波段，假如这七个波段的编号是1、2、3、4、5、6、7，那么我选择3个，怎么选择呢？很好，至于怎么指定选择的3个波段，就是下一个参数panBandMap要做的事情了。这个参数是一个int指针，也就是一个int的数组。还是上面的例子，TM的数据7个波段，4、3、2波段组合是假彩色图像，假如我们现在要读取这个4、3、2分别用来显示，那么只要把这个int panBandMap\[3\] = \{4,3,2\}，把这个值设置进去就好了。如图6所示：

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接下来是nPixelSpace和nLineSpace以及nBandSpace这三个参数，前两个上面已经说明过了，这个nBandSpace是个神马东西啊？根据字面的意思就是当前波段和下一个波段之间的间隔，单位还是以字节为单位。这三个参数和上面一样，默认都可以设置为0，这样的结果就是，pData中存储图像像元的顺序是先是第一个波段，再是第二个波段，以此类推，每个波段里面按照从左到右，从上到下的顺序存储。假如是一个RGB的图像，那么读出来的顺序就是 RRRR…(一共有Width×Height个R)GGG…(一共有Width×Height个G)BBB…(一共有Width×Height个B)。这个默认的方式有时候可能就不太方便，比如用来构造BMP图像用来显示的时候，BMP中图像存储顺序是按照RGBRGBRGB…（一共有Width×Height个RGB对）排列的。要实现这种排列方式，就可以设置上面三个参数来达到这个目的。我们先来分析一下，RGB的话，第一个像素和第二个像素之间的间隔隔了两个像素，RGBR，中间有GB两个值，所以nPixelSpace的值就是sizeof(DataType)\*3；第一行和下一行的间隔就是隔了原来的两行数据，所以nLineSpace的值就是sizeof(DataType)\*3×width；第一个波段和下一个波段之间的距离就是一个像素，RGB，R是第一个波段G是第二个波段，中间间隔可不就是1个像素值么，所以nBandSpace的值就是sizeof(DataType)。

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[GDALRWFlag]: http://www.gdal.org/gdal_8h.html#ae602fdf251b6b0210a5af5a7cf7623b3
[GDALDataType]: http://www.gdal.org/gdal_8h.html#a22e22ce0a55036a96f652765793fb7a4
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