分布式遙感圖像處理中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)探討

李正偉

（成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川樂(lè)山 614007）

隨著社會(huì)的發(fā)展，遙感技術(shù)也不斷發(fā)展，推動(dòng)著各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。遙感技術(shù)通過(guò)處理對(duì)地面反射與折射的電磁波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的識(shí)別和描述。遙感技術(shù)便于人們獲取各種信息，極大便利了工業(yè)生產(chǎn)與生活。因此，分析分布式遙感圖像處理中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)具有十分重要的意義。

1.遙感技術(shù)概述

當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對(duì)人們的生活產(chǎn)生了十分明顯的影響，不僅改變著人們的生活節(jié)奏，而且對(duì)給遙感技術(shù)帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間[1]，遙感技術(shù)與計(jì)算機(jī)的相互結(jié)合，正在推動(dòng)著社會(huì)方方面面的發(fā)展。遙感技術(shù)最大的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這是形成圖像的直接來(lái)源，通常要經(jīng)歷三個(gè)步驟，分別是選擇數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、獲取與分析信息的變化。為了保證組成的圖片信息是高密度的、全面的，就必須要保證獲取的數(shù)據(jù)信息是連續(xù)的。信息在不斷地變化，必須要不斷獲取變化的信息。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是遙感技術(shù)明顯的特點(diǎn)，同時(shí)也具有非常重要的作用，例如在測(cè)繪領(lǐng)域中，正是通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，借助不同時(shí)間段的觀察對(duì)象的變化，對(duì)事物的變化規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能夠確保信息的可靠性，保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

2.分布式遙感圖像處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及特點(diǎn)

遙感圖像處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀主要分為幾個(gè)階段，包括定性分析、定位分析、趨勢(shì)分析、綜合分析等。（1）傳統(tǒng)的處理與分析技術(shù)，利用人工目視、計(jì)算機(jī)圖像處理方式屬于傳統(tǒng)的處理方法，主要是通過(guò)人工或者自動(dòng)實(shí)現(xiàn)遙感信息的增強(qiáng)與分類(lèi)，并獲得相關(guān)的信息，這種傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)處理與分析方法在處理的效率和分析的精確度方面都不夠完整。（2）智能化的處理與分析技術(shù)[2]，通過(guò)掌握人工智能的理論，開(kāi)辟具有智能化特點(diǎn)的道路，計(jì)算機(jī)模型與符合邏輯推算模型是人工智能技術(shù)在遙感數(shù)據(jù)分析中最為重要的兩種技術(shù)。（3）處理與分析方法的發(fā)展，通過(guò)吸取傳統(tǒng)處理方法、計(jì)算機(jī)認(rèn)知模型、知識(shí)系統(tǒng)等多種理論與技術(shù)的基礎(chǔ)，建立了新型的遙感數(shù)據(jù)空間信息處理與分析模型，構(gòu)建一體化的空間信息綜合分析系統(tǒng)，是生理學(xué)微觀認(rèn)知模型與心理學(xué)宏觀認(rèn)知模型的相結(jié)合。

分布式遙感圖像處理模型具有自身的特點(diǎn)，分布式處理系統(tǒng)中主要有3種形式，分布式控制、并行處理、圖形圖像系統(tǒng)，具有明顯的特點(diǎn)：（1）分布式圖像處理系統(tǒng)中具有很多不同的圖像處理器，由多個(gè)不同的物力和邏輯處理部件組成。（2）分布式圖像處理系統(tǒng)中的零件大多是合作自治的，能夠通過(guò)廣域網(wǎng)或是局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，用以連接圖形設(shè)備與多臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備。（3）分布式圖像處理系統(tǒng)中的資源能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶(hù)共享，不同的系統(tǒng)控制器相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全局系統(tǒng)，并影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。（4）整個(gè)系統(tǒng)的合作進(jìn)程，包括的系統(tǒng)控制之間的高度一致和合作，通過(guò)協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)一致合作。（5）通過(guò)利用雙邊協(xié)議中的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信的進(jìn)程，是分布式遙感圖像處理系統(tǒng)中的另一特點(diǎn)。

3.分布處理系統(tǒng)中的處理機(jī)調(diào)度

設(shè)計(jì)分布式圖像處理的相關(guān)應(yīng)用程序過(guò)程比較復(fù)雜，需要充分考慮到分布式設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境可能會(huì)造成的影響，包括分解各項(xiàng)程序，分布多種任務(wù)，應(yīng)以實(shí)現(xiàn)資源共享與通信保護(hù)。為了和解決好分布式設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，就必須要處理好分布式圖像處理的支撐環(huán)境。

3.1 分布式處理系統(tǒng)中的處理機(jī)調(diào)度

分布式圖像處理程序在執(zhí)行的過(guò)程中，又能夠分成許多不同的程序，在多個(gè)計(jì)算機(jī)程序中執(zhí)行任務(wù)。進(jìn)程分布主要有靜態(tài)式分布和動(dòng)態(tài)式分布兩種方法，必須要?jiǎng)?chuàng)建和維護(hù)進(jìn)程的索引表，包括關(guān)于進(jìn)程的相關(guān)標(biāo)識(shí)號(hào)碼，明確和維護(hù)相關(guān)進(jìn)程的類(lèi)型與具體的位置，以便后期開(kāi)展維修的工作。計(jì)算機(jī)中已經(jīng)完成索引表能夠作為分布式處理系統(tǒng)的依據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的通信或者檢測(cè)工作[3]。

3.2 分布式處理系統(tǒng)中的進(jìn)程通信

與其他相關(guān)類(lèi)型的設(shè)計(jì)程序相比，設(shè)計(jì)分布式的圖像處理重點(diǎn)在于通信、開(kāi)發(fā)、程序分布3個(gè)主要方面。為了實(shí)現(xiàn)通信、開(kāi)發(fā)、程序分布3個(gè)主要方面共同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的交流，就必須在同一個(gè)分布式處理不同進(jìn)程互相協(xié)作之下完成，制定一個(gè)共同的目標(biāo)任務(wù)。在實(shí)際的通信同步發(fā)展過(guò)程中，不同程序之間相互等待，會(huì)造成并行性缺乏，對(duì)同步通信的質(zhì)量造成比較嚴(yán)重的影響。在處理分布式圖像處理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分利用異步的通信技術(shù)。異步通信技術(shù)的運(yùn)用，使系統(tǒng)不用發(fā)出信號(hào)并接收通知，提高了同步通信的質(zhì)量，提升了分布式圖像處理系統(tǒng)的并行性，在最大程度上增加了進(jìn)程的自主性。

3.3 分布式處理系統(tǒng)中的出錯(cuò)處理和進(jìn)程終止檢測(cè)

分布式處理系統(tǒng)，在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)受到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地層通信系統(tǒng)的相關(guān)因素的影響，用戶(hù)一旦操作不規(guī)范，也會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)進(jìn)程，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)局部出現(xiàn)失敗的現(xiàn)象。為了從根本上提高分布式處理系統(tǒng)的有效使用率，需要及時(shí)設(shè)計(jì)與時(shí)限相關(guān)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)出錯(cuò)處理和進(jìn)程終止檢測(cè)的目的。在使用這一機(jī)制時(shí)，要求在確定的時(shí)間內(nèi)確立好相應(yīng)的設(shè)置，一旦進(jìn)程出現(xiàn)錯(cuò)誤，就能夠立刻識(shí)別出來(lái)。

4.分布式遙感圖像處理系統(tǒng)中的并行處理

4.1 分布式遙感圖像處理系統(tǒng)的并行處理策略

在分布式遙感圖像處理系統(tǒng)中的并行處理，主要是依據(jù)一定的規(guī)則，將圖像數(shù)據(jù)處理成很多不同的子區(qū)域，根據(jù)所形成的子區(qū)域正在形成一個(gè)子任務(wù)，根據(jù)相關(guān)的處理情況在開(kāi)展相應(yīng)的處理工作。劃分圖像數(shù)據(jù)的方法比較多，經(jīng)過(guò)劃分的圖像數(shù)據(jù)必須要經(jīng)過(guò)多次劃分才能按照次序合成，以降低處理機(jī)直之間相互通信的數(shù)據(jù)量。除此以外，比較常見(jiàn)的方式就是將圖像注意分解，形成連續(xù)像素自核形成的子像素區(qū)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡處理。通過(guò)分析周?chē)氖挛?，明確在工作區(qū)域內(nèi)的實(shí)際工作量，幫助平衡所有區(qū)域內(nèi)的工作量。在完成計(jì)算機(jī)量以后，將分析得出的結(jié)果作為依據(jù)，最好對(duì)圖像與數(shù)據(jù)的劃分工作。

4.2 分布式遙感圖像處理系統(tǒng)的負(fù)載平衡與任務(wù)分配措施

每個(gè)參與計(jì)算的處理器，都能夠在計(jì)算機(jī)中得到有效地利用，實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，才能實(shí)現(xiàn)高效率。在多處理的環(huán)境下，所有處理機(jī)都會(huì)被均勻分配到一子區(qū)圖像數(shù)據(jù)中，接近或?qū)崿F(xiàn)負(fù)載平衡的狀態(tài)，提升了并行的效果。各個(gè)處理器在不同的環(huán)境中，所表現(xiàn)出的性能也是不同的，其中的負(fù)載也同樣不夠均勻，會(huì)形成許多麻煩，進(jìn)而降低算法的運(yùn)行效率。通過(guò)降低子任務(wù)的粒度，處理機(jī)臺(tái)數(shù)就不會(huì)超過(guò)總?cè)蝿?wù)數(shù)，解決負(fù)載平衡與任務(wù)分派中出現(xiàn)的問(wèn)題?？偪爻绦?qū)μ幚頇C(jī)的任務(wù)進(jìn)行處理，允許其對(duì)子任務(wù)作出相關(guān)的對(duì)應(yīng)，再將計(jì)算機(jī)結(jié)果反饋到總控程序中，申請(qǐng)新的子任務(wù)，直到將所有的子任務(wù)都分配完。通過(guò)動(dòng)態(tài)的任務(wù)調(diào)度，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)資源的合理利用，但是會(huì)明顯增大整個(gè)系統(tǒng)的成本，加大控制子任務(wù)粒度的難度。

5.結(jié)語(yǔ)

分布式遙感技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，也推動(dòng)了遙感數(shù)據(jù)信息獲取與處理技術(shù)的不斷發(fā)展。分布式遙感圖像處理系統(tǒng)的發(fā)展也使得信息資源越來(lái)越豐富，不僅能夠降低運(yùn)行的成本，而且有助于獲取更高質(zhì)量的信息數(shù)據(jù)描繪極大提升遙感圖像的服務(wù)能力與使用共享資源的效率。正是分布式遙感圖像處理中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，改變著遙感技術(shù)，也改變著人們生活的方方面面。