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Java 解析Tiff深入研究 - 开放GIS

 2 years ago
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Java 解析Tiff深入研究

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       最近在读取客户发过来的tiff文件是，底层竟然报错了，错误：bandOffsets.length is wrong!   没办法，因为错误消息出现在tiff的read中，因此就对

底层序中tiff读取的代码进行了研究。

       之前有一篇文章，我简单的介绍了Geotools读取Tiff的代码，Java 通过geotools读取tiff，其实通过深入研究发现，原来幕后的大佬竟然是imageio-ext中的TiffImageReader，

imageio做为Java开发的人员肯定都知道，而ImageIO-ext是imageio的扩展类，我们可以到github上看到它的源码，这是一个非常强大的库，对于Java处理各种栅格数据的读写非常有帮助！

      借助这篇文章，我们需要先了解Tiff文件的具体结构，可以参考这篇文章，TIFF文件结构详解 https://blog.csdn.net/oYinHeZhiGuang/article/details/121710467  讲的很好！

      下面我们来看下imageio-ext中的tiff读取代码，主要类TiffImageReader，我们来看下Java程序是如何读取tiff文件的。

      构造方法：

public TIFFImageReader(ImageReaderSpi originatingProvider) {
        super(originatingProvider);
 }

 这个类需要通过一个ImageReaderSpi来实例化，其实这种SPI的设计模式，Java的很多开源项目都在用到，这里我们通过TIFFImageReaderSpi这个类即可。

 其次设置文件的路径，以及其它一些参数，通过该类的如下方法：

public void setInput(Object input,
                         boolean seekForwardOnly,
                         boolean ignoreMetadata)

这个方法，里面有input就是需要读取的文件，seekForwardOnly设置为true表示：只能从这个输入源按升序读取图像和元数据。ignoreMetadata设置为true表示读取忽略元数据

接下来就是对tiff元数据的读取，具体参见getImageMetadata(int imageIndex)这个方法：

public IIOMetadata getImageMetadata(int imageIndex) throws IIOException {
        seekToImage(imageIndex, true);
        TIFFImageMetadata im =
            new TIFFImageMetadata(imageMetadata.getRootIFD().getTagSetList());
        Node root =
            imageMetadata.getAsTree(TIFFImageMetadata.nativeMetadataFormatName);
        im.setFromTree(TIFFImageMetadata.nativeMetadataFormatName, root);
        if (noData != null) {
            im.setNoData(new double[] {noData, noData});
        }
        if (scales != null && offsets != null) {
            im.setScales(scales);
            im.setOffsets(offsets);
        }
        return im;
    }

其中的seekToImage(imageIndex, true)为最主要的逻辑处理，这个方法中，第一个参数，imageIndex为tiff多页中的第几个，第二参数设置标示该tiff页是否已经被解析过

 private void seekToImage(int imageIndex, boolean optimized) throws IIOException {
        checkIndex(imageIndex);

        // TODO we should do this initialization just once!!!
        int index = locateImage(imageIndex);
        if (index != imageIndex) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("imageIndex out of bounds!");
        }
        
        final Integer i= Integer.valueOf(index);
        //optimized branch
        if(!optimized){
            
            readMetadata();
            initializeFromMetadata();
            return;
        }
        // in case we have cache the info for this page
        if(pagesInfo.containsKey(i)){
            // initialize from cachedinfo only if needed
            // TODO Improve
            if(imageMetadata == null || !initialized) {// this means the curindex has changed
                final PageInfo info = pagesInfo.get(i);
                final TIFFImageMetadata metadata = info.imageMetadata.get();
                if (metadata != null) {
                    initializeFromCachedInfo(info, metadata);
                    return;
                }
                pagesInfo.put(i,null);
                    
            }
        }
        
        readMetadata();
        initializeFromMetadata();
    }

这个方法当中，第一次加载tiff，通过readMetadata()和initializeFromMetadata()将tiff的元信息缓存起来，方便后面再次读取。

主要是要结合Tiff的格式进行理解，大体主要是解析tiff头，然后获取到IFD(tiff的图像目录信息)，然后再依次去解析每个目录的具体内容，代码就不再这里罗列了。

这里主要说下，解析目录信息是获取tiff的元信息的过程，通常是解析每个tag的信息，解析代码TIFFIFD类的initialize(ImageInputStream stream,  boolean ignoreUnknownFields, final boolean isBTIFF)方法中

ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gif

View Code

Tiff常用的Tag标签类有BaseLineTiffTagSet、FaxTiffTagSet、GeoTiffTagSet、EXIFPTiffTagSet、PrivateTIFFTagSet等。

其中的GeoTiffTagSet用于geotiff的额外存储信息，在这里说明下，Geotiff是Tiff格式对Gis数据的一种存储支持，而PrivateTIFFTagSet是对gdal的支持，增加了NODATA、MEATADATA的信息。

 对于文章开头提的关于bandOffsets.length is wrong!，主要原因出现在getImageTypes(int imageIndex)这个方法的下面这个实现中。

ImageTypeSpecifier itsRaw = 
            TIFFDecompressor.getRawImageTypeSpecifier
                (photometricInterpretation,
                 compression,
                 samplesPerPixel,
                 bitsPerSample,
                 sampleFormat,
                 extraSamples,
                 colorMap);

最终我们在ImageTypeSpecifier这个类的Interleaved(ColorSpace colorSpace,int[] bandOffsets,int dataType,boolean hasAlpha,boolean isAlphaPremultiplied) 方法中发现问题。

public Interleaved(ColorSpace colorSpace,
                           int[] bandOffsets,
                           int dataType,
                           boolean hasAlpha,
                           boolean isAlphaPremultiplied) {
            if (colorSpace == null) {
                throw new IllegalArgumentException("colorSpace == null!");
            }
            if (bandOffsets == null) {
                throw new IllegalArgumentException("bandOffsets == null!");
            }
            int numBands = colorSpace.getNumComponents() +
                (hasAlpha ? 1 : 0);
            if (bandOffsets.length != numBands) {
                throw new IllegalArgumentException
                    ("bandOffsets.length is wrong!");
            }

我们发现只有当我们的图像偏移数量和我们的通道数不一致的时候，就会报这个错误！

通过研究这个问题，基本上梳理了Java基于ImageIO-ext读取tiff的过程，基本跟tiff的数据结构对应起来。


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