tiff和geotiff格式分析
1、 tiff 文件的基本格式
TIFF(Tag Image File Format) 图像文件说明：
TIFF 文件是由许多的标签 (tag) 组成 , 在 Adobe 的有关 tiff6.0 的说明中，将 (tag) 的解释称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 (field) ，暂且称为域。 tiff 支持黑白、灰度、彩色的图像格式，同时还可以接受 RGB CMYK 等色彩系统，同时支持图像数据的 LZW, 哈夫曼等压缩算法或者不压缩。
TIFF 文件分为文件头和 IFD 两部分，一个 IFD 中存储了一幅图像的信息， IFD 可以由许多标签组成。在 TIFF6.0 文件中，规定所有的标签必须以升序排列，通过这些标签信息，来处理文件中的图像数据。
TIFF 文件头说明：
TIFF 的文件头有 8 字节
0-1 规定为 "II" 或者 "MM" Intel /Mortorola 类型的字节顺序
2-3 TIFF 文件的版本，为与以前的兼容，为 42
4-7 TIFF 文件的第一个 IFD 在文件中的偏移量，肯定大于 8
IFD 说明： IFD 是由连续的标签组成
OFFSET:0-1 IFD 中的标签数目
OFFSET:2-13 IFD 中的第一个标签
OFFSET:14-25 IFD 中的第二个标签
.....
OFFSET:2+12* 标签数 下一个 IFD 的 ( 相对于文将 ) 偏移量，在一个 TIFF 文件中可以由多个 IFD 用于存放多个图像，如果如果该数字为 0 ，表示已经处理完所有的 IFD 。
标签说明：一个标签由连续的 12 字节组成
OFFSET:0-1 TAG ID 标签所对应的数字编号 (tag) ，用于定义该标签所存放的 " 信息 "
OFFSET:2-3 TAG INFO DATA TYPE 标签中数据的数据类型
OFFSET:4-7 VALUE COUNT 2-3 中说明的数据类型的数目
OFFSET:8-11 VALUE OFFSET 相对于文件的该标签值的偏移量 , 必须开始于 " 字 " 边界 , 为了节省空间，如果该标签的数据的长度小于等于四个字节，在 VALUE OFFSET 中直接存储 ( 小于四字节数据左对齐 ) 该标签的值而不是在文件中的偏移量。
以下列出了标签中的数据的可能的数据类型
1 = BYTE
2 = ASCII
3 = SHORT
4 = LONG
5 = RATIONAL
6 = SBYTE
7 = UNDEFINED
8 = SSHORT
9 = SLONG
10= SRATIONAL
11= FLOAT
12= DOUBLE
TIFF 中的标签种类有很多，按大类可以 BASELINE TIFF 标签 和 TIFF EXTENSIONS 标签
在以前版本的 TIFF 文当中将 TIFF 文件分为
BASELINE TIFF:
在以前版本中， BASELINE TIFF 分为三种格式：
(BiLevel Images)tiff class b image ， (GrayScale Images)tiff class G image,(Palette-Color Images)class P image,(rgb image)tiff class r images
1.BiLevel Images 所用到的标签
标签名 标签的 ID 号 ( 十进制 ) 标签数据类型 标签可能的数值
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
Compression 259 SHORT 1(no Compression),2(HuffmanCompression),32773(PackBits Compression)
PhotometricInterpretation 262 SHORT 当 Compression=2 0,1(0: 在 BiLevel/GrayScale 图形中 0 表示全白 1: 在 BiLevel/GrayScale 图形中 0 表示全黑 , 即图形采用反色显示 )
StripOffsets 273 SHORT/LONG 每个 Strip 的文件偏移量
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG 每个 Strip 中的行数
StripByteCounts 279 SHORT/LONG 当采用某种压缩方式后每个 Strip 的字节数
XResolution 282 RATIONAL ImageWidth 中每 ResolutionUnit 中的像素数目
YResolution 283 RATIONAL ImageLength 中每 ResolutionUnit 中的像素数目
ResolutionUnit 296 SHORT 1( 用于非四边形显示的图像 ),2( 英寸 ),3( 厘米 ) 根据 ImageWidth 及 ImageLength 用于计算图像在显示时的尺寸
以下是一个 BiLevel Tiff 文件的例子
偏移量 说明 数值 (HEX)
0000 byteorder 4d4d
0002 42 0042
0004 1st IFD offset 00000014
IFD:
偏移量 说明 值 (HEX)
0014 number of directory entries 000c(IFD 中的标签数目 12 个 )
偏移量 标签说明 TagID(HEX) 数据类型 (HEX) Count(HEX) 值偏移量 (HEX) 说明
0016 newsubfile type 00fe 0004 00000001 00000000
0022 imagewidth 0100 0004 00000001 000007d0 图像宽度 2000
002e imagelength 0101 0004 00000001 00000bb8 图像长度 3000
003a compression 0103 0003 00000001 80050000 数据压缩由于数据短于四字节，偏移量中直接为值 ( 左对齐 )32773
0046 photometricinterpretation 0106 0003 00000001 00010000 图像采用反色显示
0052 stripoffsets 0111 0004 000000bc 000000b6 图像 Strip 偏移量 0x00B6, 共 188(0xBC) 个 Strip
005e rowsperstrip 0116 0004 00000001 00000010 每 Strip 中行数 16
006a stripbytecounts 0117 0003 000000bc 000003a6 每 Strip 中的字节数 , 共 188 个，偏移量 0x03A6
0076 xresolution 011b 0005 00000001 00000696
0082 yresolution 011b 0005 00000001 0000069e
008e software 0131 0002 0000000e 000006a6 用于标记生成该图像的软件 , 文本类型 , 偏移量 0x6a6, 字节数 14
009a datetime 0132 0002 00000014 000006b6 用于标记该图像的生成日期 , 文本类型 , 偏移量 0x6b6, 字节数 20
00a6 nextIFDoffset 00000000 没有下一个 IFD
值大于 4 字节：
偏移量 标签说明： 值 : 说明 :
00b6 StripOffsets Offset0,Offset1,...Offset187
03a6 StripByteCounts Count0,Count1,...Count187
0696 XResolution 0000012C00000001 每 ResolutionUnit 中 300 像素
069e YResolution 0000012C00000001 每 ResolutionUnit 中 300 像素
06a6 Software "PageMaker4.0" 生成该图像的软件名称，长度应该为字符串长度加 NULL 结尾 应为 13 注： 本例子来自 Adobe Tiff Revision 6.0, 其中的字节数为 14, 可能其中有错误
06b6 DateTime "1988-02-18 13:59:59" 生成该图像的时间，长度为 20 字节
Image Data:
00000700 Compressed data for strip 10
xxxxxxxx Compressed data for strip 179
xxxxxxxx Compressed data for strip 53
xxxxxxxx compressed data for strip 160
.
.
文件结束
以上例子中的 software,datatime 为可选标签，同时各个 Strip 可以不安顺序在文件中存储，每个 Strip 的偏移量必须在文件中指定，而不能缺省认为一个 Strip 的结尾是下一个 Strip 的开始，或者 Strip 是按顺序在文件中存储的
注：以上的例子中没有列出 ResolutionUnit, 可能是 Adobe 文档中的错误
Bilevel Images 中需要的标签：
TagName Decimal Hex Type Value
ImageWidth 256 100 short/long
ImageLength 257 101 short/long
Compression 259 103 short 1,2,32773
PhotometricInterpretation 262 106 short 0,1
StripOffsets 273 111 short/long
RowsPerStrip 278 116 short/long
StripByteCounts 279 117 short/long
XResolution 282 11a rational
YResolution 283 11b rational
ResolutionUnit 296 128 short
GrayScale Image:
灰度图像是黑白图像的一般化，灰度图像需要的标签基本同上，但是用户需要修改或者添加以下标签
Compression=1 or 32773
FieldName TagID DataType Value Description
BitPerSample 258 SHORT 4/8 the number of bits per component 16 or 256 distinct shades of gray
GrayScale Image 所需的标签名称：
FieldName TagID(Decimal) DataType Value
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
BitsPerSample 258 SHORT/LONG 4/8
Compression 259 SHORT 1/32773
PhotometricInterpretation 262 SHORT 0/1
StripOffsets 273 SHORT/LONG
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG
StripByteCounts 279 LONG/SHORT
XResolution 282 RATIONAL
YResolution 283 RATIONAL
ResolutionUnit 296 SHORT 1/2/3
Palette-color Images:
调色板图形于灰度图形类似，它每个像素的颜色采用 RGB 表的查找，需要修改或者添加以下标签，其他与 GrayScale Images 类似
PhotometricInterpretation=3 ( 表示该图像为 Palette-color Image)
FieldName TagID DataType Count Value Description
ColorMap 320 SHORT 3*(2 的 BitsPerSample 次方 ) 调色板顺序为 RGB
Palette-color Image 所需的标签名称：
FieldName TagID(Decimal) DataType Value
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
BitsPerSample 258 SHORT 4/8
Compression 259 SHORT 1/32773
PhotometricInterpretation 262 SHORT 3
StripOffsets 273 SHORT/LONG
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG
StripByteCounts 279 SHORT/LONG
XResolution 282 RATIONAL
YResolution 283 RATIONAL
ResolutionUnit 296 SHORT 1/2/3
ColorMap 320 SHORT
RGB Full Color Image:
一个 RGB 图像，每个像素由 3 部分组成， RGB, 在图像中没有 ColorMap 标签，需要修改或者添加以下几个标签
BitPerSample=8,8,8
PhotometricInterpretation=2 (RGB Image)
FieldName TagID DataType Value Description
SamplesPerPixel 277 SHORT
RGB Image 所需的标签名称：
FieldName TagID(Decimal) DataType Value
ImageWidth 256 SHORT/LONG
ImageLength 257 SHORT/LONG
BitsPerSample 258 SHORT 8,8,8
Compression 259 SHORT 1,32773
PhotometricInterpretation 262 SHORT 2
StripOffsets 273 SHORT/LONG
SamplesPerPixel 277 SHORT 3 or more
RowsPerStrip 278 SHORT/LONG
StripByteCounts 279 SHORT/LONG
XResolution 282 RATIONAL
YResolution 283 RATIONAL
ResolutionUnit 296 SHORT 1,2,3
Baseline Tiff 文件的附加要求：
MM / II 字节顺序的处理，一文件多图像的处理。同时有些标签需要注意的是：
ImageWidth,ImageLength 标签数据类型可以为 SHORT/LONG ，程序必须处理出现图像尺寸过大的情况 .
同时对于某些标签可以同时为 SHORT/LONG, 在程序中需要对这些标签进行正确的处理
Tiff 文件基本标签详细说明：
以下标签按字母顺序说明：
********************************************************************
Artist 图像的作者
Tag = 315
Type = ASCII
********************************************************************
BitsPerSample 每个数据的位数
Tag = 258
Type = short
N = SamplesPerPixel
DefaultValue=1
Value= 位数 SamplesPerPixel<=2
Value= 位数的偏移量 SamplesPerPixel>2
********************************************************************
ColorMap 调色板数据
Tag = 320
Type = short
N = 3*(2**BitsPerSample)
********************************************************************
Compression 数据压缩方式
Tag = 259
Type = short
N=1
DefaultValue=1
Value=1 数据没有压缩
Value=2 采用 CCITT Group 31 压缩
Value=3 采用 CITT Group 3 Fax T4 压缩
Value=4 采用 CITT Group 3 Fax T6 压缩
Value=5 LZW 压缩
Value=6 JPEG 压缩
Value=32773 PackBits 压缩
********************************************************************
Copyright 图像的版权信息
Tag = 33432
Type = ASCII
********************************************************************
DateTime 此图像生成的日期及时间
Tag = 306
Type = ASCII
N = 20
********************************************************************
ExtraSamples 每个像素的额外组成
Tag = 338
Type = SHORT
N = m
Value=0 未指定数据
Value=1 与 Alpha 通道有关
Value=2 与 Alpha 通道无关
********************************************************************
FillOrder 每字节的数据，其位的排列方式
Tag = 266
Type = SHORT
N = 1
Value=1 从左到右
Value=2 从右到左
********************************************************************
FreeByteCounts 每个未使用块在文件中的字节数
Tag = 289
Type = LONG
********************************************************************
FreeOffsets 每个未使用块在文件中的偏移量
Tag = 288
Type = LONG
********************************************************************
GrayResponseCurve 灰度响应曲线
Tag = 291
Type = SHORT
N = 2**BitsPerSample
********************************************************************
GrayResponseUnit 灰度响应曲线的单位
Tag = 290
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=2
Value=1 1/10
Value=2 1/100
Value=3 1/1000
Value=4 1/10000
Value=5 1/100000
********************************************************************
HostComputer 制作此图像的计算机及其操作系统
Tag = 316
Type = ASCII
********************************************************************
ImageDescription
Tag = 270
Type = ASCII
********************************************************************
ImageLength 图像的高度 ( 像素为单位 )
Tag = 257
Type = SHORT/LONG
N = 1
********************************************************************
ImageWidth 图像的宽度 ( 像素为单位 )
Tag = 256
Type = SHORT/LONG
N = 1
********************************************************************
Make
Tag = 271
Type = ASCII
********************************************************************
MaxSampleValue 最大取样值
Tag = 281
Type = SHORT
N = SamplePerPixel
DefaultValue=(2**BitsPerSample)-1
********************************************************************
MinSampleValue 最小取样值
Tag = 280
Type = SHORT
N = SamplePerPixel
DefaultValue=0
********************************************************************
Model 扫描仪的型号
Tag = 272
Type = ASCII
N = 根据内容来定
********************************************************************
NewSubfileType 图像形态
Tag = 254
Type = LONG
N = 1
Value=1 表示一幅全分辨率的图像
Value=2 表示一幅降低分辨率后的图像
Value=3 表示一幅多页图像中的一页
Value=4 表示一幅透明混迭 (Transparency mask) 图像
********************************************************************
Orientation 图像行列的编排方向
Tag = 274
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1
Value=1 1 行在上方， 1 列在左方
Value=2 1 行在上方， 1 列在右方
Value=3 1 行在下方， 1 列在右方
Value=4 1 行在下方， 1 列在左方
Value=5 1 行在左方， 1 列在上方
Value=6 1 行在右方， 1 列在上方
Value=7 1 行在右方， 1 列在下方
Value=8 1 行在左方， 1 列在下方
********************************************************************
PhotometricInterpretation 图像所采用的色彩系统
Tag = 262
Type = SHORT
N = 1
Value=0 对黑白及灰度图像而言， 0 为白色
Value=1 对黑白及灰度图像而言， 0 为黑色
Value=2 图像数据以 R,G,B 的方式存储
Value=3 图像数据采用调色板索引
Value=4 单色的透明混迭图像
Value=5 图像数据以 C,M,Y,K 的方式存储
Value=6 图像数据以 Y,Cb,Cr 的方式存储
Value=8 图像以 L*,a*,b* 的方式存储
********************************************************************
PlanarConfiguration 图像数据的平面排列方式
Tag = 284
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1
Value=1 单平面格式
Value=2 多平面格式
********************************************************************
ResolutionUnit 图像的分辨率单位
Tag = 296
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=2
Value=1 没有指定单位
Value=2 英寸为单位
Value=3 厘米为单位
********************************************************************
RowsPerStrip 每个条状数据的图像行数
Tag = 278
Type = SHORT/LONG
N = 1
********************************************************************
SamplesPerPixel 每像素的取样数
Tag = 277
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1
Value=1 表示是黑白，灰度或者调色板图像
Value=3 表示是 RGB 图像
********************************************************************
Software 生成图像的软件名称及版本号
Tag = 305
Type = ASCII
N = 根据内容来定
********************************************************************
StripByteCounts 每个条状数据在文件中的字节数
Tag = 279
Type = SHORT/LONG
N = StripsPerImage 如果 PlanarConfiguration=1
=StripsPerImage*SamplesPerPixel 如果 PlanarConfiguration=2
其中 StripsPerImage 不是标签 (StripsPerImage=(ImageLength+RowPerStrip-1)/RowsPerStrip
********************************************************************
StripOffsets 每个条状数据在文件中的偏移量
Tag = 273
Type = SHORT/LONG
N = StripsPerImage 如果 PlanarConfiguration=1
=StripsPerImage*SamplesPerPixel 如果 PlanarConfiguration=2
其中 StripsPerImage 不是标签 (StripsPerImage=(ImageLength+RowPerStrip-1)/RowsPerStrip
********************************************************************
SubfileType 已经由 NewSubfileType 标签取代
Tag = 255
Type = SHORT
N = 1
********************************************************************
Threashholding 定义由非黑白图像变换至黑白图像的技术
Tag = 263
Type = SHORT
N = 1
DefaultValue=1
Value=1 未采用任何技术
Value=2 采用抖色 (dither) 或半色调 (halftone) 的技术
Value=3 采用误差扩散 (error diffusion) 技术
********************************************************************
XResolution 单位长度上的图像水平分辨率
Tag = 282
Type = RATIONAL
N = 1
********************************************************************
YResolution 单位长度上的图像垂直分辨率
Tag = 283
Type = RATIONAL
N = 1
2、 GeoTIFF 的基本格式
GeoTIFF 支持三种坐标空间 : 栅格空间 (Raster Space) 、设备空间 (Device Space) 和模型空间 (Model Space) 。栅格空间是存储图像的行列号的坐标系统。它有 2 种形式 : 一是 PixelIs-Area 型 ( 图 1( a) ) , 主要用于非 DEM 的数据 ; 二是 PixelIsPoint 型 ( 图 1( b) ) , 主要用于 DEM 。设备空间是使用 TIFF 格式中定义的 6 个基本 Tag 来描述图像的分辨率单位及图像定位。模型空间是 GeoTIFF 图像的栅格坐标所对应的实际地图的经纬度坐标或直角坐标。假设已知栅格空间 n 个点的栅格坐标和在模型空间中对应的 n 个点的模型坐标 , 仅凭这些信息 , 不可能建立两个坐标空间的对应关系 , 因为两者之间的对应关系是非线性的 , 无法用线性变换矩阵表示。
各个地理标签的具体含义如下 :
( 1)ModelPixelScaleTag( 像元比例 ) : 存放着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缩放比例。
( 2)ModelTiepointTag( 控制点 ) : 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。
( 3)ModelTransformationTag( 变换矩阵 ) : 含有 16 个双精度 ( 4)GeoDoubleParamsTag( 双精度参数 ) : 代表 GeoTIFF 定义的一种数据类型 , 用来存储双精度类型的地理键 (GeoKeys) 。
( 5)GeoAsciiParamsTag(ASCII 参数 ) : 存储字符型的地理键 (GeoKey) 值 , 保存字符型的地理键 (GeoKeys) 。
( 6)GeoKeyDirectoryTag( 地理信息目录 ) : 是 6 个地理标签中最重要、最复杂的一个 , 可分为头和记录两部分 : 头部的结构为 Header={ 目录版本号 , 修订版本号 , 副版本号 , 地理键的个数 }; 每条记录的结构为 KeyEntry={ 地理键 ID, 存放位置 , 元素的个数 , 值 / 索引 } 。 ID 号唯一标识了地理键 , 存放位置表示地理键存放在哪个标签中 ( 主要指 GeoDoubleParamsTag 和 GeoAscii-ParamsTag) 。如果值为 0 表示该键为短整型、个数为 1 则它的值就保存在记录中。否则 , 其类型由 TIFFTagLocation 暗指 , 值即存放在 TIFFTagLocation 指定的标签中 , 第一个元素在标签中的索引为偏移量。
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