一种卫星遥感图像实时并行处理系统及处理方法

摘要

本发明属于遥感技术领域，特别涉及一种卫星遥感图像处理技术。技术方案是一种卫星遥感图像实时并行处理系统，包括存储设备(4)和监控机(1)、接收机(2)、分块机(3)、存储设备(4)、判读机(5)和确认机(6)六种处理机；各处理机支持多CPU、多线程、显卡多核计算；各处理机间通过以太网实现通讯和数据交换，通过光纤网实现利用存储设备(4)进行数据共享。监控机(1)控制管理整个系统的运作；数据接收仿照流媒体的形式，由接收机(2)将数据进行虚拟逻辑分块；分块机(3)并行处理分块任务，判读机(5)完成判读，确认机(6)提供可视化图像结果。该系统能在伴随卫星过顶时间段内实时完成数据接收、预处理和判读。

主权项

一种卫星遥感图像实时并行处理系统，包括存储设备(4)和处理机，所述处理机包括监控机(1)、接收机(2)、分块机(3)、判读机(5)和确认机(6)；各处理机支持多CPU、多线程、显卡多核计算；各处理机通过光纤网对存储设备上的图像数据进行共享式的读写访问；各处理机通过以太网进行通讯以及数据交换；所述监控机(1)用于控制管理整个系统的运作，使得所有实时图像处理任务在不同处理机之间进行同步调度，并对系统内所有处理机的工作状态、工作进度、工作负荷进行实时跟踪、调度与显示；所述监控机(1)上运行有本地数据库，用以记录、备份整个系统的任务进度与各处理机的工作状态，各处理机通过以太网可以连接并访问该数据库；所述接收机(2)用于扫描所述存储设备(4)上的缓冲区，并对扫描到缓冲区内卫星图像的新景数据进行格式解析，做虚拟的逻辑分块：首先通过扫描参数文件获取新数据的卫星过顶时间参数，根据系统处理的延时约束，判断缓冲区内数据的卫星过顶时间是否超过系统响应延时的最大约束值，若超过则直接放弃该批数据的处理；否则对扫描到并且要处理的卫星图像的新景数据的格式与规格进行解析，调用对应图像格式的解码算法，获取编码在图像文件内的地理信息与卫星参数；向所述监控机(1)获取当前系统的处理机的工作数量、载荷参数，结合新景数据规格，进行逻辑分块工作，每一个逻辑分块任务具体包括：确认包括子图位置、尺寸、图像编码规格、重叠区、行列数量、分块编码这几种逻辑分块参数，以及对应的子图地理信息；接收机(2)的逻辑分块过程，会依据其接收、存储新景数据线程的进度，对已存储部分的数据进行对应的逻辑分块，并向所述监控机(1)派发分块任务，包括上述分块参数、子图地理信息、子图存储参数以及高优先级图像分块所需要的子图位置参数；所述接收机(2)在执行逻辑分块任务同时，接收缓冲区内源源不断到达的新景数据，将新景数据存储到所述存储设备(4)中，并且该过程与上述逻辑分块过程用算法实现同步，确保逻辑分块任务发出时，对应新景数据也已经存储下来；最后将上述工作过程产生的图像存储编号、图像地理参数、卫星参数，及新景数据的规格与参数，实时写入到所述监控机(1)运行的数据库中，作为系统备份信息供所述监控机(1)在需要时查询、追溯；所述分块机(3)包括一个主线程、多个分块线程、一个通讯线程进行操作，实现了多核多线程并行化处理的架构，用于等待并接收由所述监控机(1)发派的分块任务，对存储设备(4)上已经接收到的对应新景数据执行分块任务，即从不完整的数据流中，根据分块任务参数解析抽取图像数据，并生成一张完整的JPEG压缩格式的图像数据，存储到所述存储设备(4)中，完成后将反馈信息发送到所述监控机(1)，供监控机(1)对任务进度做同步处理；所述存储设备(4)用于存储实时卫星图像处理过程中接收到的卫星图像数据，以及所述分块机(3)生成的压缩图像数据，通过光纤网实现数据共享，供所述接收机(2)、分块机(3)、判读机(5)和确认机(6)进行数据读写；所述判读机(5)具有主控线程、通讯线程、多个分块线程的多核多线程并行化处理的架构，用于接收由所述监控机(1)根据所述分块机(3)的反馈信息和系统所处理的卫星图像需要的判读内容分派的判读任务，读取所述存储设备(4)内已经分块好的JPEG压缩格式图像，调用相应判读算法进行判读并将结果反馈到所述监控机(1)；所述判读机(5)收到具体的判读任务后，采用CPU/GPU协同计算模式进行工作：设置独立的主控线程负责逻辑和负责管理，通信线程负责通信事务；若需要GPU参与异构并行计算，则CPU增加一个GPU控制线程，负责管理GPU的多线程计算任务；CPU上有多个计算线程，GPU根据显卡的特性来产生数以百计的计算线程，从而构成CPU+GPU异构并行化的能力；所述确认机(6)用于实时显示已处理部分的卫星图像数据，同时具有人工介入辅助判读功能；所述确认机(6)还根据所述接收机(2)的进度，在所述监控机(1)管理下，对所述存储设备(4)内已接收到的数据进行图像金字塔的生成计算，实时、同步地生成卫星图像的多分辨率数据，用以向系统使用者提供不同分辨率的可视化图像结果；所述的接收机(2)、分块机(3)、存储设备(4)、判读机(5)、确认机(6)分别由多个并行处理器组成，用于任务的并行处理；并行工作的控制方式为以所述监控机(1)为管理核心：所述监控机(1)对所有其它处理机的工作状态、工作进度、工作负荷进行轮询与监控；在实时处理卫星图像数据的过程中，所述监控机(1)对任务分派与任务同步进行管理，以此控制各处理机的并行化工作。