[发明专利]基于OpenMP的遥感影像几何校正并行处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于OpenMP的遥感影像几何校正并行处理方法，属于遥感影像预处理技术领域。

背景技术

在遥感影像的获取过程中，由于遥感传感器、遥感平台以及地球本身等方面的原因，会引起遥感影像的几何畸变。遥感影像几何校正的目的就是校正成像过程中所造成的各种畸变，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新影像。几何校正是遥感影像预处理过程中的重要环节，也是计算最为复杂和密集的部分。随着光谱分辨率的不断提高，使得遥感影像一景的数据量需以数GB计，这更增加了遥感影像预处理的时间，所以，研究和实现几何校正的并行处理，能够有效地提高遥感影像预处理的工作效率。

随着计算机技术的发展，现今为人们使用的PC多为双核乃至四核CPU，且四核CPU已逐渐成为主流。传统程序基本上是为顺序CPU书写的，在程序执行时只运行一个线程，这些程序在多CPU平台上不能有效的利用多CPU资源；而且若采用新的并行算法，则需要对源程序进行大幅修改甚至重新编写。

早在单核CPU的时代，应用程序已经能够支持多线程技术，但是不同的是，单核内的多线程运行是串行的，多个线程交替执行，在同一时刻只能有一个线程执行；而多核CPU是通过增加计算机中物理CPU的数量，它能够有效利用线程级实现并行性，因此说多核CPU系统支持真正意义上的并行执行，表现出多个线程或者进程能够在多个CPU内核上同时执行。

目前，已有的遥感影像几何校正方法，主要是对单幅图像进行切割划分，针对每一子数据块分别同时进行校正得到目标图像，最后再合成一幅完整的校正影像；且没有涉及多核心CPU多线程并行校正的内容，如文章“基于动态分界点计算的并行几何校正算法”（欧新良，中南大学信息科学与工程学院，【计算机研究与发展】43(6)：1115～1121,2006）即属于此列。遥感影像为三维影像，包括空间维和光谱维，按波段对影像进行数据划分，可以保证影像空间维信息的完整性，减小分割、拼接影像带来的处理难度。利用OpenMP共享内存模型可以很方便的对影像按波段进行划分，并将单波段数据交由多核心CPU的其中一个核心处理，达到多核并行处理的目的。

OpenMP作为多核多线程开发工具，可以在原串行程序的基础上增加编译指导语句，隐式的实现串行程序的并行化；且OpenMP提供的对于并行描述的高层抽象降低了并行编程的难度和复杂度，这样程序员可以把更多的精力投入到并行算法本身，而非其具体实现细节。本文重点讨论利用OpenMP应用程序接口，实现遥感影像几何校正的并行处理，并对其处理提升效果做了对比分析。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种基于OpenMP的遥感影像几何校正并行处理方法，以解决遥感影像预处理环节耗时、CPU资源利用率低的问题。

本发明的技术方案是采用如下方式来实现的。

一种基于OpenMP的遥感影像几何校正并行处理方法，通过计算机对来自遥感影像采集系统的遥感影像进行处理，该计算机为单机多核CPU设置，在原有几何校正串行算法的基础上，增加OpenMP编译指导语句来实现，该方法包括外方位元素的计算、定向支持数据生成以及采用OpenMP架构实施位置和灰度重采样的多线程处理，该方法步骤如下：

1)外方位元素的计算

GPS/INS组合导航与定位系统的后处理过程涉及到多种坐标系，包括像空间坐标系（i）、传感器坐标系（c）、IMU坐标系（b）、局部地理坐标系（g）、地心坐标系（E）和成图坐标系（m）；通常情况下，GPS/INS系统输出的是导航解，并非影像的外方位元素，所以需要利用POS系统导航解计算出外方位元素；

依据外方位元素的定义，将成图坐标系(m)依次经过绕X、Y、Z轴分别作ω、φ、κ角度的旋转,各坐标轴与像空间坐标系(i)保持一致,这一过程可分解为:成图坐标系(m)→地心坐标系(E)→局部地理坐标系(g)→IMU坐标系(b)→传感器坐标系(c)→像空间坐标系(i)；因此,成图坐标系(m)到像空间坐标系(i)的旋转矩阵可表示为：