Archie osgEarth Step By Step③tif及geotiff文件格式简明分析
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简介
TIF(TIFF)是可扩充标记的文件，为图像文件格式。 百度链接
endian翻译为“字节序”，又称端序，尾序。在计算机科学领域中，字节序是指存放多字节数据的字节（byte）的顺序，典型的情况是整数在内存中的存放方式和网络传输的传输顺序。Endianness有时候也可以用指位序（bit）。
一般而言，字节序指示了一个UCS-2字符的哪个字节存储在低地址。如果LSByte在MSByte最高有效位（MSB, Most Significant Byte）的前面，即LSB为低地址，则该字节序是小端序；反之则是大端序。
BIG ENDIAN：最低位地址存放高位字节，可称高位优先，内存从最低地址开始按顺序存放（高数位数字先写）。最高位字节放最前面。表示Motorola结构。
LITTLE ENDIAN：最低位地址存放低位字节，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Intel整数格式
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
| 1 |
BYTE |
(8位无符号整数) |
| 2 |
ASCII |
8位字符(7位ASCII码加1位二进制0) |
| 3 |
SHORT |
16位无符号整数(2个字节) |
| 4 |
LONG |
32位无符号整数 |
| 5 |
RATIONAL |
2个LONG，第一个是分子，第二个是分母 |
| 6 |
SBYTE |
8位有符号整数 |
| 7 |
UNDEFINED |
8位字符，可包含任意字符 |
| 8 |
SSHORT |
16位有符号整数 |
| 9 |
SLONG |
32位有符号整数 |
| 10 |
SRATIONAL |
两个有符号长整型，第一个代表分数的分子，第二个代表分母 |
| 11 |
FLOAT |
单精度(4字节) |
| 12 |
DOUBLE |
双精度(8字节) |
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
OFFSET : 0~ 1, TA G ID 标签所对应的数字编号( T ag) , 用于定义该标签所存放的信息,
OFFSET : 2~ 3, TA G IN FO DATA TYPE 标签中数据的类型,
OFFSET : 4~ 7, VALUE COU NT 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。
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.