[發(fā)明專利]一種基于非對稱小波基的超光譜圖像小波壓縮方法及裝置

無效

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• 申請日: 2009-03-23
• 公開（公告）號: CN101527048A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉林;陳雷;楊維松
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00;H04N7/26
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于非對稱小波基的超光譜圖像小波壓縮方法及裝置，屬于遙感信號處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

二十世紀八十年代光電探測領(lǐng)域最重要的發(fā)展之一就是超光譜探測手段的興起。目前，超光譜技術(shù)21世紀遙感技術(shù)領(lǐng)域最重要的發(fā)展方向之一和主要數(shù)據(jù)源。超光譜圖像是通過光譜學和成像技術(shù)的交叉融合后所形成的成像光譜技術(shù)，在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和中紅外區(qū)域，獲取的光譜近似連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。對大量的地球表面物質(zhì)的光譜測量表明，不同的物體會表現(xiàn)出不同的光譜反射和輻射特征，這種特征引起的吸收峰和反射峰的波長寬度(深度一半處的寬度)在20nm～40nm左右，其物理內(nèi)涵是不同的分子、原子和離子的晶格振動，引起不同波長的光譜發(fā)射和吸收，從而產(chǎn)生了不同的光譜特征。由于超光譜圖像的波段寬度一般在10nm以內(nèi)，因此這種數(shù)據(jù)能以足夠的光譜分辨率區(qū)分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)。其過程是將超光譜圖像上任何一個像元或像元組合所對應的近乎連續(xù)的光譜曲線，對應已經(jīng)建立的反映地球物質(zhì)特性的光譜特征數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過計算機的圖像處理，就能達到快速區(qū)分和識別目標物質(zhì)特性的目的。因此，超光譜圖像包含了豐富的空間和光譜信息，其最主要的特點是在獲取地表空間圖像的同時，得到每個地物的連續(xù)光譜信息，從而實現(xiàn)依據(jù)地物光譜特征的地物成份信息反演與地物識別。

由于超光譜圖像所特有的超光譜分辨率的性質(zhì)，其潛在的可用性受到人們的廣泛關(guān)注。超光譜圖像數(shù)據(jù)在軍事偵查、土地利用、災害監(jiān)測、地形測繪、地質(zhì)探礦、污染監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境研究等方面有著廣泛的應用前景。這些領(lǐng)域的應用對于促進國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。很多國家對該技術(shù)傾注了大量資金和人力，推進了該技術(shù)的應用水平。

隨著成像光譜技術(shù)的普及、發(fā)展和應用，超光譜圖像不僅展示出更好的譜分辨率，而且還有更優(yōu)的空間分辨率、更高的輻射精度、更寬的地面覆蓋范圍。所有這些都將給超光譜圖像的傳輸和存儲帶來更大挑戰(zhàn)。以標準的超光譜AVIRIS圖像為例，有224個譜帶，每個譜帶圖像的空間分辨率為512×612×16bit，一幅圖像的數(shù)據(jù)量就達到百兆字節(jié)。為了能夠快速傳輸和處理這些數(shù)據(jù)并減少存儲空間，必須對其海量數(shù)據(jù)進行有效的壓縮。如果沒有有效的壓縮方法，勢必會限制超光譜數(shù)據(jù)的普及應用。

國內(nèi)外對超光譜圖像的壓縮研究主要有變換壓縮技術(shù)、矢量量化技術(shù)和預測編碼技術(shù)。由于矢量量化技術(shù)的編碼復雜性過高，其計算量隨著矢量維數(shù)的增加而呈指數(shù)增長，且一般碼本固定，改變碼率困難，對訓練集選取也比較敏感，所以在超光譜壓縮應用中受到限制，尤其不適于實時計算的應用。預測技術(shù)則需要針對每幅超光譜圖像設(shè)計最優(yōu)的預測器，才可以得到最好的預測結(jié)果，且還要傳遞或存儲大量空間維和光譜維上的預測系數(shù)，使得壓縮性能有限。以上原因使得變換編碼成為超光譜圖像壓縮的主要技術(shù)方法。然而在變換編碼技術(shù)中，由于卡胡南-列夫變換(KLT)的復雜度過高、離散余弦變換(DCT)的塊狀效應使得它們的應用受到限制。只有小波變換表現(xiàn)出了優(yōu)良的特性，使得超光譜圖像的壓縮性能一再提升。顯然，研究高效的超光譜圖像小波壓縮方法對于超光譜圖像的應用有著特別重要的意義。

超光譜圖像的小波壓縮方法的主要思想是選取一個固定的小波基，在圖像各維作分離的小波分解，然后在小波域內(nèi)進行量化、掃描、熵編碼等圖像編碼處理。其中，小波分解部分一般是在不同維度空間采用對稱的子帶結(jié)構(gòu)、對稱的小波基分別進行一維小波變換，即對稱小波基的傳統(tǒng)三維離散小波變換。由于圖像編碼處理部分主要是利用小波系數(shù)的特征來進行壓縮，而小波系數(shù)的特征是否明顯主要取決于小波基與圖像數(shù)據(jù)的匹配程度。已有的實驗和研究結(jié)果顯示，超光譜圖像的光譜維和空間維具有不同的特征和統(tǒng)計特性。因此傳統(tǒng)的超光譜圖像小波壓縮的對稱小波基和子帶結(jié)構(gòu)不能夠?qū)Ω骶S數(shù)據(jù)同時達到最佳匹配。此外，在超光譜圖像小波壓縮的小波基選擇和評估環(huán)節(jié)也一直沒有形成一套成熟的方法，無法準確確定超光譜圖像小波壓縮的最優(yōu)基。以上兩個原因限制了超光譜圖像小波壓縮的效率。

發(fā)明內(nèi)容