常见图像格式在计算机图形软件中的应用

在计算机图形软件中常用的图像格式是JPEG、TIF、BMP格式。JPEG是一种有损压缩，而TIF是一种无损压缩。在遥感图像中，一般希望对图像保留各种原始信息，不希望有所损失，因此常常使用TIF格式，而不使用JPEG格式。下面对计算机软件经常处理的图像格式做一简单的阐述。

1.JPEG格式

JPEG（Joint Photographic Experts Group）是常见的一种图像格式，它由联合照片专家组开发并命名为“ISO 10918-1”，JPEG仅仅是一种俗称而已。

JPEG图像格式，利用十分先进的压缩技术，去除冗余的图像和彩色数据，在取得极高的压缩率的同时，展现出十分丰富生动的图像。换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。

同时JPEG还是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许你用不同的压缩比例对这种文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10∶1到40∶1之间。压缩比越大，品质就越低；相反地，压缩比越小，品质就越好。比如我们最高可以把1.37 MB的BMP位图文件压缩至20.3 KB。当然我们完全可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持24 bit真彩色，也普遍应用于需要连续色调的图像。

JPEG文件的后缀名一般为“.jpg”或“.jpeg”，是最常用的图像文件格式，是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间中，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低，如果追求高品质图像，不宜采用过高比例压缩。

JPEG格式是目前网络上最流行的图像格式，是可以把文件压缩到最小的格式，在Photoshop软件中以JPEG格式储存时，提供11级压缩级别，以0～10级表示。其中0级压缩比最高，图像品质最差。即使采用细节几乎无损的10 级质量保存时，压缩比也可达5∶1。以BMP格式保存时得到4.28MB图像文件，在采用JPG格式保存时，其文件仅为178KB，压缩比达到24∶1。经过多次比较，采用第8级压缩为存储空间与图像质量兼得的最佳比例。JPG文件的优点是体积小巧，并且兼容性好。

JPEG2000作为JPEG的升级版，其压缩率比JPEG高约30%，同时支持有损和无损压缩。JPEG2000格式有一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输，即先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像从朦胧到清晰显示。此外，JPEG2000还支持所谓的“感兴趣区域”特性，可以任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部分先解压缩。

2.TIFF图像格式

标记图像文件格式TIFF（Tag Image File Format）是另外一种广泛使用的图像格式。它由Aldus和微软联合开发，最初是出于跨平台存储扫描图像的需要而设计的。目前，TIFF与JPEG和PNG一起成为流行的高位彩色图像格式。TIFF的特点是图像格式复杂、存储信息多。正因为它存储的图像细微层次的信息非常多，图像的质量也得以提高，故而非常有利于原稿的复制。

TIFF是一种通用的位映射图像格式，可以支持从单色到24位真彩色的任何图像，其特点是扩展性好，移植方便，可改性强。它可以在不影响原有的应用程序读取图像文件的同时让图像支持新的信息域，也可以在不违反原有格式的前提下支持新的图像类型。不同版本的TIFF都可以在不同的平台下方便使用，它与计算机、操作系统和图形处理的硬件没有关系。

TIFF由于采用了指针的方式来存储信息和数据，其存储方式是多种多样的，一种软件不可能读取所有的TIFF文件。在同一个TIFF文件中，存放的图像可能不止一幅而是多幅。图像数据可以存储在文件的任何地方，也可以是任意的长度。

由于TIFF文件支持不同的平台和不同的软件，所以它的结构是多种的、可变的。TIFF 文件有多种压缩存储方式，常用的有3种，即不压缩、LAW压缩方式和PackBits压缩方式。任意新的压缩方式都可以加入其中，因此TIFF格式是一种永不过时的图像文件格式。(www.xing528.com)

3.GeoTIFF图像格式

随着遥感技术的日渐成熟，遥感影像数据的获取正在向多传感器、多分辨率、多波段相方向发展，这就迫切需要一种标准的遥感数字影像格式。GeoTIFF（Geographically Registered Tagged Image File Format）格式应运而生。aldus adobe公司的TIFF格式是当今应用最广泛的栅格图像格式之一，具有独立性和扩展性等特点。GeoTIFF利用了TIFF的可扩展性，在其基础上添加了一系列标志地理信息的标签（Tag），来描述卫星成像系统、航空摄影地图信息和DEM等。一个GeoTIFF文件其实也就是一个TIFF6.0文件，它的结构继承了TIFF6.0标准，所以其结构上严格符合TIFF的要求。所有的GeoTIFF特有的信息都编码在TIFF的一些预留标签中，它没有自己的IFD（图像文件目录）、二进制结构以及其他一些对TIFF来说不可见的信息。

GeoTIFF设计使得标准的地图坐标系定义可以随意存储为单一的注册标签。GeoTIFF也支持非标准坐标系的描述，为了在不同的坐标系间转换，可以通过使用3～4个另设的TIFF标签来实现。然而，为了在各种不同的客户端和GeoTIFF提供者间正确交换，最好建立一个通用的系统来描述地图投影。

GeoTIFF目前支持3种坐标空间：栅格空间（raster space）、设备空间（device space）和模型空间（model space）。栅格空间和设备空间是TIFF格式定义的，它们实现了图像的设备无关性及其在栅格空间内的定位。为了支持影像和DEM数据的存储，GeoTIFF又将栅格空间细分为描述“面像素”和“点像素”的两类坐标系统。设备空间通常在数据输入/输出时发挥作用，与GeoTIFF的解析无关。GeoTIFF增加了一个模型坐标空间，准确实现了对地理坐标的描述，根据不同需要可选用地理坐标系、地心坐标系、投影坐标系和垂直坐标系（涉及高度或深度时）。

GeoTIFF描述地理信息条理清晰、结构严谨，而且容易实现与其他遥感影像格式的转换，因此，GeoTIFF图像格式的应用十分广泛，绝大多数遥感和GIS软件都支持读写GeoTIFF格式的图像，比如ArcGIS、ERDAS IMAGINE和ENVI等。

在图像处理过程中，将经过几何校正的图像保存为GeoTIFF，可以方便地在GIS软件中打开，并与已有的矢量图进行叠加显示。

4.HDF数据格式

HDF（Hierarchical Data Format，层次数据格式）是美国伊利诺伊大学的国家超级计算应用中心（National Central for Supercomputing Application，NCSA）于1987年研制开发的一种新型数据格式，主要用来存储由不同计算机平台产生的各种类型的科学数据，适用于多种计算机平台，易于扩展。它的主要目的是帮助NCSA的科学家在不同计算机平台上实现数据共享和互操作。HDF数据结构综合管理二维、三维、矢量属性、文本等多种信息，能够帮助人们摆脱不同数据格式之间烦琐的相互转换，从而能将更多的时间和精力用于数据分析。HDF能够存储不同种类的科学数据，包括图像、多维数组、指针及文本数据。HDF格式还提供命令方式，分析现存HDF文件的结构，并即时显示图像内容。科学家可以用这种标准数据格式快速熟悉文件结构，并能立即着手对数据文件进行管理和分析。

1993年，美国国家航空航天局（NASA）把HDF格式作为存储和发布EOS（Earth Observation System）数据的标准格式。在HDF标准基础上，开发了另一种HDF格式即HDF-EOS，专门用于处理EOS产品，使用标准HDF数据类型定义了点、条带、栅格3种特殊数据类型，并引入了元数据。

HDF文件通常将相关的数据作为数据对象分为一组。这些数据对象组称为数据集。例如，一套8位的图像数据集一般有3个数据对象，一组对象用来描述这个数据集的成员，即有哪些数据对象；一组对象是图像数据；最后一组对象则用来描述图像的尺度大小。这三个数据对象都有各自的数据描述符和数据元素。一个数据对象可以同时属于多个数据集，例如，包含在一个栅格图像中的调色板对象，如果它的标识号和参照值也同时包含在另一个数据集的描述符中，则可以被另一个栅格图像调用。

一个HDF文件应包括一个文件头（file header）、一个或多个描述块（data descriptor block）、若干个数据对象（data object）。HDF文件格式的优势在于：独立于操作平台的可移植性、超文本、自我描述性、可扩展性。

由于HDF的诸多优点，这种格式也被广泛作为多种卫星传感器的标准数据格式，括LandSat-7 ETM+、Aster、MODIS、MISR等。在影像数据库多源数据管理中，HDF格式发挥了很好的作用，例如：利用HDF数据结构建立远程图像工程，并与数据库进行交互；远程影像解译和统计分析；影像运算、信息挖掘和影像分类；综合处理影像矢量和高程数据、三维显示等。