[發(fā)明專利]用于低空突防中的機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)壓縮方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410376630.9
• 申請(qǐng)日: 2014-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN104156991A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉娜;李敏哲;李博;宗西霞;高志娟;吉潔陽;車明懿;蘭寶剛;郝志鵬;姜夏;李金蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第四研究院四0一所
• 主分類號(hào): G06T9/00
• 分類號(hào): G06T9/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地形數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于低空突防中的機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)壓縮方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代航空技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字地圖己成為現(xiàn)代飛機(jī)飛行中不可缺少的重要組成部分。而且隨著遙感技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，使得獲取高分辨率的數(shù)字地形數(shù)據(jù)成為可能。現(xiàn)代的地形數(shù)據(jù)采集技術(shù)向人們提供了精確的地形數(shù)據(jù)，然而隨著對(duì)地形精確度的要求越來越高，地形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量也越來越大。另一方面由于對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的電子設(shè)備要求特別高，必須具有高可靠性、體積小、重量輕，抗沖擊、抗震動(dòng)、耐高低溫、具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性等要求，這就限制了普通數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的使用。現(xiàn)階段，能滿足機(jī)載電子設(shè)備苛刻要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)容量都不是非常的高。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

現(xiàn)有的大多數(shù)地形數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)是為了滿足人們的感官要求，應(yīng)用于地形可視化的研究中。然而，在實(shí)際應(yīng)用于飛機(jī)低空突防中的機(jī)載數(shù)字地圖，現(xiàn)有的地形數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)往往不能同時(shí)滿足飛機(jī)飛行的安全性要求，以及在適應(yīng)機(jī)載存儲(chǔ)能力的同時(shí)更為精確的存儲(chǔ)海量的地形數(shù)據(jù)。

技術(shù)方案

本發(fā)明結(jié)合了曲面擬合與JPEG有損壓縮編碼技術(shù)的方法，將曲面擬合結(jié)合JPEG圖像壓縮的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃用地形數(shù)據(jù)庫(kù)和地形匹配數(shù)據(jù)庫(kù)中的地形數(shù)據(jù)的壓縮上，提出了一種用于低空突防中的機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)壓縮方法，首先，對(duì)大尺度的地形分塊后的小塊的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行基于麥夸特法曲面擬合，對(duì)比擬合前后的地形數(shù)據(jù)，然后計(jì)算殘差，對(duì)超出飛機(jī)飛行安全范圍(-100m～100m)的殘差進(jìn)行JPEG有損壓縮。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種用于低空突防中的機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于：對(duì)大尺度地形高程數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，對(duì)得到的每個(gè)小塊地形高程數(shù)據(jù)進(jìn)行如下壓縮處理：

步驟1：采用非線性最小二乘優(yōu)化法中的麥夸特法對(duì)地形高程數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，得到對(duì)應(yīng)的高程函數(shù)z＝f(x,y)，其中(x,y)表示地形高程數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)，z為點(diǎn)(x,y)處的擬合高程值；

步驟2：計(jì)算步驟1得到的高程函數(shù)中各點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)殘差，若所有點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)殘差均在(-100m～100m)范圍內(nèi)，則采用該曲面擬合結(jié)果為數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果，否則進(jìn)行步驟3；

步驟3：以各個(gè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)殘差值作為對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的像素值，得到一幀圖像，對(duì)該幀圖像進(jìn)行JPEG有損壓縮壓縮，得到數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果，其中在進(jìn)行JPEG有損壓縮壓縮時(shí)需要使最大正、負(fù)向恢復(fù)誤差最小。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種用于低空突防中的機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于：每個(gè)小塊地形數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是8×8點(diǎn)塊的倍數(shù)。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種用于低空突防中的機(jī)載數(shù)字地形數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于：每個(gè)小塊地形數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)不大于32×32的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。

有益效果

本發(fā)明對(duì)地形高程數(shù)據(jù)進(jìn)行基于麥夸特法曲面擬合，對(duì)比擬合前后的地形數(shù)據(jù)，然后計(jì)算殘差，對(duì)超出飛機(jī)飛行安全范圍(-100m～100m)的殘差進(jìn)行JPEG有損壓縮。此方法不僅保留了地形的起伏變化，還減小了地形高程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。

附圖說明

圖1：平坦地形的高程數(shù)據(jù)的擬合前后圖像，(a)擬合前的地形，(b)擬合后的地形；

圖2：復(fù)雜地形的高程數(shù)據(jù)的擬合前后圖像，(a)擬合前的地形，(b)擬合后的地形；

圖3：JPEG有損壓縮壓縮步驟；

圖4：JPEG有損壓縮壓縮量化前后的殘差圖，(a)原始?xì)埐顖D，(b)保留6變換系數(shù)量化后的殘差圖；

圖5：原始地形數(shù)據(jù)與曲面擬合結(jié)合JPEG壓縮恢復(fù)后的地形圖對(duì)比，(a)原始地形圖，(b)壓縮恢復(fù)后圖；

圖6：原始復(fù)雜地形數(shù)據(jù)壓縮前后對(duì)比圖，(a)原始地形圖，(b)壓縮恢復(fù)后圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明：

本實(shí)施例所用的是東經(jīng)108度北緯34度的SRTM3文件中分別截取的平坦與復(fù)雜地形的32×32個(gè)點(diǎn)組成的地形高程數(shù)據(jù)，采用32x32的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)，一方面是為了后面對(duì)殘差進(jìn)行JPEG有損壓縮得到更好的壓縮效果，選取的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是8×8點(diǎn)塊的倍數(shù)；另一方面采用32x32的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠滿足分析本算法驗(yàn)證要求，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用其他的8×8倍數(shù)的高程數(shù)據(jù)塊。