[发明专利]孔径为4的六边形格网层次编码、运算与索引方法

说明书

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，涉及一种用于全球离散格网构建或数字图像处理的孔径为4六边形层次采样格网结构的编码、运算与索引方法。

背景技术

在空间信息处理技术领域，经过研究发现，有且只有三种图形（三角形、四边形、六边形）能够规则化地对空间进行划分，其中，六边形格网是最紧凑的一种，它具有下面的特点：

（1）以最小的平均误差量化平面，具有最大的角分辨率；

（2）与矩形格网和和三角形格网不同，六边形格网单元拥有一致的邻域；

（3）六边形格网的6个离散的速度向量足以描述连续的各向同性的流体；

（4）在表达相同信息量的情况下，六边形格网比矩形格网要节省约14%的采样量。

正因为六边形格网具有上述独特的性质，使得它非常适合用作空间数据的建模和处理，并受到越来越多的重视。Rothman和Zaleski在流体元胞自动机的经典教材Lattice-Gas Cellular Automata中采用的完全是六边形格网，未提及其它类型的格网单元。Saff和Kuijlaars、Kimerling等经过研究得出结论：平面六边形格网的各种优点可以延续到全球格网系统上。随后，六边形格网被美国环保署用于全球取样，以及全球气候模拟、全球洋流分析等许多面向全球的空间处理与分析领域。在非全球格网数据处理方面，根据生理学的研究，人眼的视觉系统视网膜使用的就是六边形采样模式，并具有处理不同分辨率影像数据的能力，因此，多分辨率的六边形格网也被应用于数字图像信号获取与处理领域。

六边形的聚合、分解问题将影响它们的优势。由于六边形不具备自相似性，并不能像矩形或三角四叉树那样排列：即不可能将一个六边形分解为小一些的六边形（或将较小的六边形组合成一个大六边形），导致多分辨率六边形格网系统的应用却受到了限制。如何设计高效的多分辨率六边形格网的层次结构成为瓶颈所在。美国军方曾资助Laurie Gibson和Dean Lucas发明了一种优美的、在六边形图像处理中广泛应用的方案，这种用于表达空间数据的六边形数学系统允许在不同尺寸的影像上进行量测。该方案证明了通过索引和代数聚合六边形单元的方式能够将其扩展到多维，因此被称为“一般平衡三进制”（Generalized Balanced Ternary，GBT）。然而，GBT并不能很好地满足单元分解的需求，而且GBT单元在某一层次上是真正的六边形，而在其它层次上则变为7个六边形组成的星型玫瑰形状，这些形状随着单元层次不断旋转，导致GBT的相关应用比较复杂。

Middleton和Sivaswamy在GBT的基础上，提出了HIP（Hexagonal Image Processing）结构，将其系统地应用于数字图像处理的多个领域，在处理效果和效率等诸多方面取得了优于矩形格网的结果。但HIP产生的是非一致性（non-congruent）格网，且格网单元方向随格网的层次不断变化。尽管在平面上可以通过旋转、平移等操作保证层次结构的单元方向相同，但类似的方法在球面上却会导致单元之间出现重叠或裂缝。

加拿大PYXIS Innovation Inc的Peterson等设计了全球六边形离散格网的PYXIS索引结构，该结构利用ISEA3H格网系统（Icosahedral Snyder Equal Area Aperture 3 Hexagonal DGG），提供了一种孔径为3的非一致性的六边形聚合及分解方案。这种方案能够像GBT算术操作那样进行快速聚合或分解，同时又保留了地理坐标或投影坐标的格网地址，与传统坐标可实现无误差转换。但PYXIS采用的是孔径为3的的六边形层次格网，并且逐层之间的格网之间会发生旋转，在许多空间应用中存在较大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种孔径为4的六边形格网层次编码、运算与索引方法，以解决现有方法难以建立方向一致的六边形层次结构、高效的编码与运算、快速的层次索引方法、以及难以扩展到封闭球面的问题。

为实现上述目的，本发明的孔径为4的六边形格网层次编码方法步骤如下：

（1）采用孔径为4的剖分方法，对六边形格网进行层次划分，得到上下层对准的孔径为4的六边形网格层次剖分结构，其中每一个六边形格网称为格网单元；