基于ArcObject的遙感影像裁剪探討

張廣耀 王蕾

近年來(lái)，隨著3S技術(shù)的快速發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用突飛猛進(jìn)。通常，遙感影像在應(yīng)用之前需要進(jìn)行正射處理，而處理后影像的數(shù)據(jù)量較大，不便后續(xù)應(yīng)用，為此在應(yīng)用前需按照特定的需要進(jìn)行裁切。目前，現(xiàn)有的大型商業(yè)軟件像ArcGIS、Erdas等都提供有影像裁剪的功能。此外，國(guó)內(nèi)的MAPGIS-RSP、EV-Manager等也都有所涉及。

盡管以上所提到的相關(guān)軟件都具有影像裁剪的功能，但是這些軟件不管是安裝還是使用，專(zhuān)業(yè)性都較強(qiáng)，對(duì)于那些不具備專(zhuān)業(yè)知識(shí)的普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一大障礙，從而使得遙感影像的應(yīng)用受到限制。基于此，本文利用ArcObject，在開(kāi)源環(huán)境Eclipse下，編程實(shí)現(xiàn)了多種方式的遙感影像裁剪，以期能滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的需求。

一、ArcObject組件及開(kāi)發(fā)技術(shù)

ArcObject是由美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所開(kāi)發(fā)的一套可重用的二次開(kāi)發(fā)組件集，是ArcGIS軟件的核心。使用AO可以直接搭建自己GIS的功能模塊，大大擴(kuò)展ArcGIS功能。

利用ArcObject進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)有兩種常見(jiàn)的模式：

1.VBA定制

在ArcCatalog和ArcMap應(yīng)用程序中綁定有VBA編譯器，使用VBA可以方便、簡(jiǎn)潔地定制個(gè)性化程序界面、個(gè)性化工具欄并能擴(kuò)展部分地理功能，但其不足是獨(dú)立性差，功能較單一。

2.COM組件開(kāi)發(fā)

ArcObject的另一個(gè)開(kāi)發(fā)模式就是應(yīng)用COM技術(shù)。ArcObject為組件式開(kāi)發(fā)提供了框架，利用目前流行的編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)者可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)GIS軟件的所有功能。COM的出現(xiàn)使軟件的開(kāi)發(fā)與組織達(dá)到了新的高度，它是一種強(qiáng)有力的集成技術(shù)，可以在運(yùn)行程序時(shí)把各種分散的軟件模塊組織在一起，使應(yīng)用程序在更高的程度上被定制，使軟件更靈活、更具動(dòng)態(tài)性。圖1為COM的工作過(guò)程。

圖1 COM工作過(guò)程

二、影像裁剪功能設(shè)計(jì)

考慮到現(xiàn)實(shí)需求，再加上Java語(yǔ)言的健壯性、安全性、分布式等一系列優(yōu)良特性，本文采取在Java平臺(tái)下，結(jié)合ESRI提供的ArcObject.jar包，設(shè)計(jì)按矩形、多邊形、行政邊界、矢量文件、柵格文件等影像裁剪模塊。

按矩形裁剪，用戶(hù)只需在裁剪前按需要自定義好矩形四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，然后點(diǎn)擊“裁剪”按鈕即可實(shí)現(xiàn)。

多邊形裁剪，一方面用戶(hù)可以根據(jù)需要在影像上畫(huà)出多邊形，然后以該多邊形為模板進(jìn)行裁剪；另一方面用戶(hù)還可以把已有的ROI或AOI(感興趣區(qū)域)文件作為模板，與待裁剪影像疊加，從而實(shí)現(xiàn)裁剪。

按行政邊界和按已有矢量文件裁剪本質(zhì)上是一樣的，按矢量文件裁剪是用戶(hù)在裁剪前輸入已有矢量文件，服務(wù)器從該矢量文件上獲取一特性，然后以該特性為模板進(jìn)行裁剪。而按行政邊界裁剪只是已有矢量文件為某一（或某幾）個(gè)行政區(qū)域罷了，所以也可以認(rèn)為行政邊界裁剪是已有矢量文件裁剪的特殊情況。不過(guò)，需要注意的是，這種裁剪方式要求矢量文件和影像文件的投影類(lèi)型必須一致。

此外，用戶(hù)還可以拿已有的柵格文件做模板，而去裁剪另外的柵格影像。

三、影像裁剪功能實(shí)現(xiàn)

1.實(shí)現(xiàn)方案

在Java平臺(tái)下AO包里提供了兩個(gè)類(lèi)：Clip類(lèi)和ExtractByRectangle類(lèi)，利用它們均可實(shí)現(xiàn)影像的矩形裁剪。其中Clip類(lèi)位于數(shù)據(jù)管理工具子包內(nèi)，是ESRI專(zhuān)門(mén)為柵格影像提供的按矩形進(jìn)行裁剪的一個(gè)類(lèi)，調(diào)用前需定義好它的三個(gè)屬性，即inRaster、rectangle、outRaster。ExtractByRectangle類(lèi)位于空間分析工具子包內(nèi)，它是通過(guò)提取待裁剪影像的像元實(shí)現(xiàn)影像的裁剪。其不足就是以像元的中心來(lái)判斷該像元是否在矩形范圍內(nèi)，如果一個(gè)像元的中心在矩形范圍內(nèi)，而其中一部分在矩形范圍外，那么它就認(rèn)為該像元整個(gè)就位于矩形內(nèi)，這樣裁剪后的影像子集就會(huì)不準(zhǔn)確。同時(shí)，對(duì)于一個(gè)多波段影像來(lái)說(shuō)，裁剪后默認(rèn)的輸出格式為ESRI grid stack，該格式的命名有嚴(yán)格的限制，從而給用戶(hù)帶來(lái)不必要的麻煩。相反，Clip類(lèi)在這些方面則表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，基于此，本文采用Clip類(lèi)實(shí)現(xiàn)影像的矩形裁剪。

同樣，AO在空間分析工具包里還提供了ExtractByPolygon類(lèi)，利用它，可以像ExtractByRectangle類(lèi)那樣采取抽取像元的方法實(shí)現(xiàn)影像的多邊形裁剪。但是，該類(lèi)同樣具有像ExtractByRectangle類(lèi)那樣的不足，因此，本文不采用它，而是采用另外一個(gè)類(lèi)ClipFilter來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)影像的多邊形、行政邊界以及按已有矢量文件裁剪，其不僅簡(jiǎn)單并且效率也較高。

對(duì)于上文我們提到的Clip類(lèi)，其作用遠(yuǎn)不只是僅僅能實(shí)現(xiàn)矩形裁剪，它還可以根據(jù)已有柵格數(shù)據(jù)模板去裁剪其他影像數(shù)據(jù)。基于此，本文采用它來(lái)實(shí)現(xiàn)按已有柵格文件裁剪的功能。

綜上所述，本文在Java平臺(tái)下基于ArcObject來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的影像裁剪模塊，其中影像裁剪的流程如圖2所示。

圖2 影像裁剪流程圖

2.功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上方案，本文在開(kāi)源環(huán)境Eclipse下采用Java語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了遙感影像的裁剪功能。為了驗(yàn)證裁剪功能的可行性，利用現(xiàn)有的遙感影像數(shù)據(jù)以及相關(guān)的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括以tiff格式存儲(chǔ)的中巴影像和美國(guó)陸地衛(wèi)星的ETM影像。圖3展示的是對(duì)ETM影像進(jìn)行矩形裁剪后的結(jié)果并與原數(shù)據(jù)對(duì)比。

圖3 ETM影像矩形裁剪后的結(jié)果并與原數(shù)據(jù)對(duì)比圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的遙感影像裁剪模塊切實(shí)可行且效率較高，基本滿(mǎn)足用戶(hù)的現(xiàn)實(shí)需求。

四、結(jié)語(yǔ)

本文以ArcObject組件庫(kù)為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，設(shè)計(jì)了遙感影像的裁剪模塊，然后利用Java編程實(shí)現(xiàn)了該模塊的功能，最后結(jié)合相關(guān)影像數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行了有效驗(yàn)證。當(dāng)然，如果把該功能發(fā)布成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式以供用戶(hù)調(diào)用，將會(huì)更進(jìn)一步促進(jìn)遙感影像的廣泛應(yīng)用，同時(shí)也就要涉及到其他相關(guān)知識(shí)，所以還需進(jìn)一步的研究。