[發(fā)明專利]基于特征配準的速率受限的遙感圖像傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310084048.0
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103152574A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 陶曉明;劉喜佳;繆亞男;葛寧;陸建華
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;G06F17/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 樓艮基

技術(shù)領域

本發(fā)明提供了一種基于特征配準的速率受限的遙感圖像傳輸系統(tǒng)，屬于無線通信與數(shù)字圖像處理的交叉技術(shù)領域。本發(fā)明特別涉及一種通過引入先驗信息/基準信息，并采用圖像特征配準技術(shù)，為海量遙感圖像數(shù)據(jù)提供速率受限信道下高性能傳輸服務的通信系統(tǒng)及其相應的通信方法。

背景技術(shù)

二十世紀以來，遙感技術(shù)得到了快速而深入的發(fā)展，并在地理信息、資源勘探、天氣監(jiān)測、軍事情報、救災搶險等諸多方面得到了重要的應用。數(shù)十年內(nèi)，遙感圖像采集能力不斷提升：由灰度圖像到全彩色圖像，再到多光譜圖像；圖像分辨率由米級到分米級，再到厘米級；量化精度由8比特到11比特，并有進一步擴展的趨勢。

不斷提升的遙感圖像采集能力，帶來的是不斷膨脹的遙感圖像數(shù)據(jù)量，以及對星地傳輸鏈路所構(gòu)成的巨大壓力。以我國于2012年發(fā)射升空的資源三號遙感測繪衛(wèi)星為例，該衛(wèi)星具有4部米級分辨率的相機，每天傳輸數(shù)據(jù)量約1790GB，空天數(shù)傳鏈路碼率約為900Mbps。對于軍事領域及其他特殊領域的遙感應用，厘米級遙感圖像的數(shù)據(jù)規(guī)模將是上述數(shù)據(jù)量的10⁴倍，而空天數(shù)傳鏈路碼率不可能獲得同等幅度的擴展。因此，在速率受限信道下進行高性能海量遙感圖像數(shù)據(jù)傳輸，是未來遙感技術(shù)發(fā)展與應用所必須解決的基礎問題。

為實現(xiàn)有限通信速率下的海量數(shù)據(jù)傳輸，當前的遙感應用系統(tǒng)采用圖像壓縮方法減少實際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)規(guī)模。遙感系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)壓縮方法有基于離散余弦變換（Discrete?Cosine?Transform,DCT）的JPEG通用圖像壓縮標準以及基于離散小波變換（Discrete?Wavelet?Transform,DWT）的JPEG2000通用圖像壓縮標準。JPEG及JPEG2000作為通用圖像壓縮標準，針對自然圖像具有較為理想的壓縮性能。但是，由于遙感應用對于遙感圖像的失真度具有嚴格限制，通常僅能使用低壓縮率（2:1到8:1之間）的JPEG/JPEG2000實現(xiàn)方案以保證遙感圖像的還原可信度；對于軍事情報等特殊應用場合，需要進一步使用無損JPEG/JPEG2000實現(xiàn)方案，所能夠獲得的壓縮率更為有限。

與此同時，迅猛增長的遙感數(shù)據(jù)正在對空天傳輸鏈路構(gòu)成前所未有壓力，而由于發(fā)射機功率、星地鏈路條件等實際因素的限制，星地傳輸鏈路所能夠支持的數(shù)據(jù)傳輸速率難以以相同的速度增長。因此，如何在有限的星地鏈路數(shù)據(jù)傳輸能力條件下，實現(xiàn)海量遙感數(shù)據(jù)的高性能傳輸，是未來遙感技術(shù)發(fā)展需要解決的具有基礎意義的重要問題。

針對迅猛增長的遙感數(shù)據(jù)規(guī)模與有限的數(shù)據(jù)壓縮和星地鏈路傳輸能力之間的矛盾，本發(fā)明提出了一種基于特征配準的速率受限的遙感圖像傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明將數(shù)字圖像處理技術(shù)引入無線通信領域，發(fā)掘并利用相同目標區(qū)域遙感數(shù)據(jù)信息在時間維度上的相關(guān)性，采用基于特征的圖像配準技術(shù)，將現(xiàn)有的通用圖像壓縮編碼傳輸方案轉(zhuǎn)化為有先驗信息的圖像編碼傳輸方案，通過提取增量信息及變換參數(shù)，大幅降低實際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。同已有遙感數(shù)傳系統(tǒng)相比，本發(fā)明將先驗信息引入通信過程，通過將無線通信與數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，利用計算、存儲能力換取通信能力，在滿足遙感數(shù)據(jù)失真度要求的前提下，能夠在速率受限的傳輸信道上大幅度提升系統(tǒng)對遙感數(shù)據(jù)的實際傳輸能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于特征配準的受限速率遙感圖像傳輸系統(tǒng)及通信方法。該系統(tǒng)針對遙感信息數(shù)據(jù)規(guī)模迅速增加的實際問題，使用數(shù)字圖像處理方法，利用先驗信息及遙感圖像的時間相關(guān)特性，提供速率受限信道下的高性能海量遙感圖像傳輸服務。

基于特征配準的傳輸速率受限的遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其特征在于，是在一個由遙感用航天器、傳輸速率受限的空天傳輸鏈路以及遙感用地面控制站共同構(gòu)成的基于先驗信息的遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其中：

遙感用航天器，其中的中央控制計算機內(nèi)，設置有：至少一組遙感圖像采集設備、至少一個基于特征的遙感圖像配準單元、至少一個基于特征配準信息的低速率遙感圖像編碼單元以及控制器，還連接著至少一個第一先驗信息數(shù)據(jù)庫，其中：