干涉高光譜圖像高效壓縮技術(shù)研究.pdf

1、干涉高光譜技術(shù)是目前航天遙感領(lǐng)域內(nèi)具有實(shí)用性價(jià)值的成像光譜技術(shù)，能夠獲得豐富的被測(cè)目標(biāo)的空間和光譜信息，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)、氣象和軍事等領(lǐng)域。作為一種三維圖像，其海量的數(shù)據(jù)導(dǎo)致存儲(chǔ)與有限帶寬信道上的傳輸非常困難，因此必須針對(duì)其數(shù)據(jù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效的壓縮編碼方案。 針對(duì)干涉高光譜圖像航天應(yīng)用需求，論文從兩個(gè)角度對(duì)干涉高光譜圖像編碼技術(shù)作了深入研究：一是從無(wú)損壓縮編碼的角度，對(duì)幀間預(yù)測(cè)和矢量量化進(jìn)行改進(jìn)與結(jié)合，研究高效的適合于干

2、涉高光譜圖像特點(diǎn)的無(wú)損壓縮方法：二是從有損壓縮編碼的角度，分別對(duì)三維小波變換和熵編碼方法進(jìn)行改進(jìn)，研究有效保持恢復(fù)圖像光譜和空間信息的有損壓縮方法。本文的主要工作及取得的研究成果如下： 1．提出一種針對(duì)聯(lián)合調(diào)制干涉高光譜數(shù)據(jù)——LASIS（Large Aperture Static Imaging Spectrometer）數(shù)據(jù)的快速雙向預(yù)測(cè)無(wú)損壓縮方法。該方法由雙向預(yù)測(cè)和熵編碼兩個(gè)模塊有機(jī)結(jié)合形成。采用雙向預(yù)測(cè)方法消除LASI

3、S數(shù)據(jù)中的空間冗余信息和光譜冗余信息。并對(duì)雙向預(yù)測(cè)運(yùn)算優(yōu)化，提高預(yù)測(cè)速度。采用運(yùn)算速度快的區(qū)域編碼對(duì)預(yù)測(cè)殘差編碼，提高編碼速度。快速雙向預(yù)測(cè)無(wú)損壓縮方法在壓縮比和運(yùn)行速度方面均優(yōu)于目前國(guó)際上流行的無(wú)損壓縮方法，適合于實(shí)際航天星載壓縮應(yīng)用。 2．提出一種基于點(diǎn)到線模型的擴(kuò)展矢量量化算法，并給出該算法在圖像無(wú)損壓縮中的實(shí)際壓縮方案。該算法在LBG（Linde-Buzo-Gray algorithm）算法碼書的基礎(chǔ)上，利用點(diǎn)到線的垂線

4、關(guān)系，對(duì)矢量進(jìn)行量化表示，達(dá)到圖像壓縮的目的。在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步將擴(kuò)展LBG算法應(yīng)用于干涉高光譜圖像壓縮中，提出一種結(jié)合雙向預(yù)測(cè)的矢量量化無(wú)損壓縮算法，該方法可以顯著提高干涉高光譜圖像無(wú)損壓縮的性能。 3．提出一種基于方向角預(yù)測(cè)的三維小波變換的有損壓縮方法。這種三維小波變換的特點(diǎn)在于它將方向預(yù)測(cè)結(jié)合到三維提升小波中。每一維中提升小波的預(yù)測(cè)可在相關(guān)性最強(qiáng)的方向上進(jìn)行而不需要總是局限在變換的方向上。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于干涉高光譜圖像這

5、種方向性很強(qiáng)的立體圖像序列，基于方向角預(yù)測(cè)的三維小波變換比原始三維提升小波變換有明顯改進(jìn)。使用基于方向角預(yù)測(cè)的三維小波變換的壓縮方法比使用原始三維提升小波變換的方法在8倍壓縮時(shí)的效果可提高1dB左右。 4．提出采用不等權(quán)重的率失真優(yōu)化截取SPIHT（Set Partitioning in HierarchicalTrees）算法對(duì)干涉高光譜圖像進(jìn)行有損壓縮。根據(jù)干涉高光譜圖像在空間域和傅里葉域的特點(diǎn)，推導(dǎo)出空間域中隨著光程差的增