TIFF图像格式介绍

TIFF图像格式什么是TIFFTIFF是TaggedImageFileFormat的缩写。TIFF是一种标签语言，与其他文件格式最大的不同在于除了图像数据，它还可以记录很多图像的其他信息。它记录图像数据的方式也比较灵活，理论上来说，任何其他的图像格式都能为TIFF所用，嵌入到TIFF里面。比如JPEG，JPEG-LS，JPEG2000和任意数据宽度的原始无压缩数据都可以方便的嵌入到TIFF中去。TIFF文件的后缀是.tif或者.tiff。TIF文件格式最早是为了存储扫描仪图像而设计的。它的最大的特点就是与计算机的结构、操作系统及图形硬件系统无关。它可处理黑白、灰度、彩色图像。由于它的可扩展性，TIFF在遥感、数字影像、医学和印刷等领域中有广泛的应用。TIFF文件结构TIFF文件由四部分组成：图像文件头ImageFileHeader(IFH)；图像文件目录ImageFileDirectory(IFD)；目录项DirectoryEntry(DE)；图像数据每一幅图像是以8字节的IFH开始的，这个IFH指向了第一个IFD。IFD包含了图像的各种信息，同时也包含了一个指向实际图像数据的指针。TIFF文件结构——文件头IFH结构包含3个成员共8个字节：Byte0-1:字节顺序标志位，值为II或者MM。II表示低字节在前，又小端格式。MM表示大字节在前，又成为大端格式。Byte2-3：TIFF的标志位，一般都是42；Byte4-7:第一个IFD的偏移量。可以在任意位置，但必须是在一个字的边界，也就是说必须是2的整数倍。TIFF文件结构——文件目录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，DE数量、DE序列和下一个IFD的偏移量。DirectoryEntryCount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签的文件，甚至用户可以添加自定义的标签属性），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，这个偏移量就等于0；TIFF文件结构——IFD和DETIFF文件结构——IFD和DEIFD的构成(0代表此IFD的起始位置)：Byte0-1：表示此IFD包含了多少个DE，假设数目为n；Byte2-(n*12+1)：n个DE；Byte(n*12+2)-(n*12+5)：下一个IFD的偏移量，如果没有则置为0；DE的构成：Byte0-1：此TAG的唯一标识Byte2-3：数据类型。Byte4-7：数量。通过类型和数量可以确定存储此TAG的数据需要占据的字节数Byte8-11：如果占用的字节数少于4，则数据直接存于此。如果超过4个，则这里存放的是指向实际数据的指针标签数据类型在TIFF6.0中，定义了12种数据类型：1=BYTE，2=ASCII，3=SHORT，4=LONG，5=RATIONAL：两个无符号整数，前一个是分子，后一个是分母6=SBYTE：有符号字节型；7=UNDEFINED：8b字节型；8=SSHORT：有符号16位整数；9=SLONG：有符号32位整数；10=SRATIONAL：有符号有理数；11=FLOAT：单精度浮点数；12=DOUBLE双精度浮点数。重要标签TagID(H)属性名称类型简短描述0100ImageWidth30101ImageLength30102BitsPerSample3每分量的颜色位深0103Compression301-无压缩，7-JPEG压缩0115SamplesPerPixel3每个像素的分量（通道）个数0106PhotometricInterpretation30反色，否则不反色0111StripOffsets4图带起始字节相对于文件开始处的位置0116RowsPerStrip4每个图带包含的图像行数0117StripByteCounts3每个图带的存储字节数，如果不是偶数，那么实际存放时会在后面加0111CPlanarConfiguration3每个像素的分量存储格式，1为RGBRGB…交织格式，2为RRR…GGG…BBB..分离格式重要标签TagID(H)属性名称类型简短描述011AXResolution5常用单位是：像素/英寸011BYResolution5常用单位是：像素/英寸010EImageDescription2图像描述字符串0112Orientation3图像存储方式，由上到下还是由下到上0131Software2生成图像的软件名称和版本0132DateTime2生成图像的日期和时间013BArtist2图像的作者8298Copyright2版权声明010AFillOrder31是MSB2LSB,2是LSB2MSB00FENewSubfileType4Bit0为1代表是缩略图；Bit1为1代表是多页图像中的某页；Bit2为1代表是透明度掩码图像；其余位数暂无定义0118MinSampleValue3最小样本值0119MaxSampleValue3最大样本值0140ColorMap3调色板图像的颜色映射表图像数据图像数据。这些数据可能是压缩的，也可能是未压缩的。如果经过压缩，那么压缩算法又有许多种，目前，随着TIFF的不断扩展，目前支持多达几十种的压缩方式。所以，图像数据是TIF文件中最为复杂的部分，暂还没有哪个软件能译出所有的压缩算法。Libtiff是一个用来读写TIFF图像文件的库，包含很多操作TIFF图像的C函数，还包含一些命令行工具用来处理TIFF文件。它以源代码方式分发，并且可以在多种平台上以二进制构建的方式出现。TIFF的扩展TIFF的最大局限在于用4字节来表示偏移量，这样导致文件最大只能有4G。在20年前指定TIFF标准的时候可能觉得4G足够用了。但是现在这确实成了制约TIFF发展的一个瓶颈。目前BigTIFF已经提出用8个字节来表示偏移量。这样数据量应该足够大了。也许在不久的将来，这会成为新的tiff的基准。下图就是BigTiff图像的文件头。偏移数据类型值0Word字节顺序2Word版本号(43)4Word偏移量的字节长度，在BigTIFF总是8,提供了一种好方法迁移到16字节指针.6Word总是08Unsigned8Byte首个IFD的偏移量BigTiff传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔称为遥感图像的时间分辨率，它能提供地物动态变化的信息，可用来对地物的变化进行监测，也可以为某些专题的精确分类提供附加信息。偏移数据类型值0Unsigned8ByteIFD中标签的数目8+x*20标签结构标签数据8+(标签数)*20Unsigned8Byte下一个IFD的位置。如果是最后一个则为0BigTiffBigTiff中标签结构占用20个字节。相对于传统TIFF，增加了三种数据类型TIFF_LONG8=16,无符号8字节整数；TIFF_SLONG8=17,有符号8字节整数；TIFF_IFD8=18,新的无符号8字节IFD偏移。偏移数据类型值0Word标签标识码2Word标签数据数据类型4Unsigned8Byte值的个数12X×标签数据类型或者Unsigned8Byte标签数据或者标签数据的位置GeoTiff为了使遥感数据直接与其对应的地理信息建立联系，方便使用，Intergraph、Spot、SoftDesk、NASAJPLCartographicApplicationGroup等公司/机构充分利用TIFF扩展性强的特点，用一些自定义的私有标签（Tag）记录地理信息。但是，由于各机构的扩展方案不同，在信息交换过程中依然会出现许多麻烦。在这种背景下，GeoTIFF（GeographicTaggedImageFileFormat）标准应运而生，它吸收、统一了各种扩展方案，允许用户在TIFF文件中存放相关的坐标信息和投影信息，目前的版本为1.0为了正确记录地理信息，GeoTIFF在TIFF标准的基础上又引入了新的坐标空间。建立这些坐标空间之间的对应关系是GeoTIFF解决的核心问题，也是正确理解、应用GeoTIFF的理论基础GeoTiff的整体结构GeoTiff的标签GeoTIFF引入了6个“地理标签”（GeoTag）记录坐标信息，对于其它与地图投影相关的辅助信息则采用一系列“地理键”（GeoKey）处理。准确地说，地理键是一种“元标签”，因为它们在功能上相当于标签，但比普通TIFF标签又抽象了一层。和标签一样，地理键也有ID号，范围从0到65535，只不过这65536个ID专门用于标识地理参数。在6个地理标签中，单独使用ModelTransformationTag（变换矩阵）或者联合使用ModelTiepointTag（控制点）和ModelPixelScaleTag（像元比例）均可以描述栅格空间到模型空间的对应关系，再加上GeoDoubleParamsTag（双精度参数）、GeoAsciiParamsTag（ASCII参数）和GeoKeyDirectoryTag（地理信息目录）提供的信息，就可以得到模型空间的点对应的实际地理位置（图2）。整个GeoTIFF的结构见图3，BitsPerSample（每个波段的位数）是标准的TIFF标签，ModelPixelScaleTag、ModelTiepointTag的结构与其它地理标签类似。谢谢！