使用 GDAL 读取地理空间栅格文件

地理空间栅格数据是地理信息系统（GIS）和摄影测量中大量使用的产品。栅格数据通常可以表示影像和数字高程模型（DEM）。加载 GIS 影像的标准库是地理数据抽象库 (GDAL)。在本示例中，我们将展示使用 OpenCV 原生函数加载 GIS 栅格格式的技术。此外，我们还将展示一个示例，说明 OpenCV 如何将这些数据用于新颖而有趣的用途。

目标

本教程的主要目标：

如何使用 OpenCV 的 imread 来加载卫星影像。
如何使用 OpenCV 的 imread 来加载 SRTM 数字高程模型。
给定影像和 DEM 的角点坐标，将高程数据与影像关联起来，以找到每个像素的高程。
展示一个基本、易于实现的地形热力图示例。
展示一个将 DEM 数据与正射校正影像结合使用的基本示例。

为实现这些目标，以下代码以一个数字高程模型以及一幅旧金山的 GeoTIFF 影像作为输入。对影像和 DEM 数据进行处理后，生成该影像的地形热力图，并标注出海湾水位上涨 10、50 和 100 米时会被影响到的城市区域。

代码

代码见下方示例

如何使用 GDAL 读取栅格数据

本演示使用默认的 OpenCV imread 函数。主要区别在于，要强制 GDAL 加载影像，你必须使用相应的标志。加载数字高程模型时，每个像素的实际数值至关重要，不能被缩放或截断。例如，对于影像数据，一个用 double 表示、值为 1 的像素，与一个用 unsigned char 表示、值为 255 的像素，在外观上是相同的。而对于地形数据，像素值表示以米为单位的高程。为了确保 OpenCV 保留原始值，请在 imread 中将 GDAL 标志与 ANYDEPTH 标志一起使用。如果你事先知道自己要加载的 DEM 模型类型，那么使用断言或其他机制来测试 Mat::type() 或 Mat::depth() 可能是一个稳妥的做法。NASA 或 DOD 的规范文档提供了各种高程模型的输入类型。主要的类型 SRTM 和 DTED 都是有符号短整型。

注意事项

经纬度（地理）坐标通常应避免使用

地理坐标系是一种球面坐标系，这意味着将其用于笛卡尔数学运算在技术上是不正确的。本演示使用它们是为了提高可读性，并且精度足以说明问题。更好的坐标系应是通用横轴墨卡托投影（Universal Transverse Mercator）。

查找角点坐标

查找影像角点坐标的一个简便方法是使用命令行工具 gdalinfo。对于已正射校正且包含投影信息的影像，你可以使用 USGS EarthExplorer。

$> gdalinfo N37W123.hgt

   Driver: SRTMHGT/SRTMHGT File Format
   Files: N37W123.hgt
   Size is 3601, 3601
   Coordinate System is:
   GEOGCS["WGS 84",
   DATUM["WGS_1984",

   ... more output ...

   Corner Coordinates:
   Upper Left  (-123.0001389,  38.0001389) (123d 0' 0.50"W, 38d 0' 0.50"N)
   Lower Left  (-123.0001389,  36.9998611) (123d 0' 0.50"W, 36d59'59.50"N)
   Upper Right (-121.9998611,  38.0001389) (121d59'59.50"W, 38d 0' 0.50"N)
   Lower Right (-121.9998611,  36.9998611) (121d59'59.50"W, 36d59'59.50"N)
   Center      (-122.5000000,  37.5000000) (122d30' 0.00"W, 37d30' 0.00"N)

    ... more output ...

结果

以下是程序的输出。将第一幅图像作为输入。对于 DEM 模型，请从 USGS 下载位于此处的 SRTM 文件： http://dds.cr.usgs.gov/srtm/version2_1/SRTM1/Region_04/N37W123.hgt.zip