[發(fā)明專(zhuān)利]適于多光譜圖像壓縮的配準(zhǔn)預(yù)處理系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410377020.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104156954B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭杰;王柯儼;趙文鈺;李云松;雷杰;賈超群;程如飛;宋娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/33
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/33
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多光譜圖像壓縮前的預(yù)處理工作，可用于衛(wèi)星拍攝的多光譜圖像壓縮傳輸前的配準(zhǔn)。

背景技術(shù)

圖像配準(zhǔn)就是將不同傳感器或不同條件下獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配，疊加的過(guò)程，它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于遙感分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理等領(lǐng)域。

多光譜圖像是利用衛(wèi)星或飛機(jī)對(duì)同一地區(qū)、同一時(shí)間的物體，采用不同的譜段拍攝的圖像的合集，例如紅、綠、藍(lán)和近紅外四個(gè)譜段拍攝的多光譜圖像。多光譜圖像由于包含譜段多，信息量大，可以利用其進(jìn)行地面遙感、地貌分析等等。但由于多光譜圖像所需存儲(chǔ)空間很大，在傳回地面做處理前必須進(jìn)行充分有效的壓縮才能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸處理。

在多光譜成像中，由于相機(jī)角度的問(wèn)題，對(duì)同一物體進(jìn)行拍攝所得到的不同譜段的圖像之間往往會(huì)有一定的偏移，該偏移會(huì)導(dǎo)致不同譜段圖像間的相關(guān)性降低，進(jìn)而影響到對(duì)該組圖像的壓縮效果。因此，在對(duì)多光譜圖像進(jìn)行壓縮之前，需要對(duì)各譜段圖像進(jìn)行配準(zhǔn)預(yù)處理，以提高不同譜段圖像間的對(duì)齊程度，進(jìn)而改善壓縮性能。

將圖像分辨率為1024×1024像素的多光譜圖像MS1分別進(jìn)行未配準(zhǔn)與配準(zhǔn)后壓縮，對(duì)比壓縮比和PSNR得出：在無(wú)損壓縮條件下，未配準(zhǔn)圖像的壓縮比為1.64925，配準(zhǔn)后圖像的壓縮比為1.89259；在2倍有損壓縮條件下，未配準(zhǔn)圖像的壓縮比為2.00956，PSNR為57.723dB，配準(zhǔn)后圖像的壓縮比為2.01043，PSNR為61.49dB；在4倍有損壓縮條件下，未配準(zhǔn)圖像的壓縮比為4.05134，PSNR為48.275dB，配準(zhǔn)后圖像的壓縮比為4.03851，PSNR為53.1825dB；在6倍有損壓縮條件下，未配準(zhǔn)圖像的壓縮比為6.078511，PSNR為43.66dB，配準(zhǔn)后圖像的壓縮比為6.086132，PSNR為48.355dB；在8倍有損壓縮條件下，未配準(zhǔn)圖像的壓縮比為7.998718，PSNR為41.1275dB，配準(zhǔn)后圖像的壓縮比為8.079755，PSNR為45.655dB。

除此之外，還對(duì)其他多幅多光譜圖像做了測(cè)試，結(jié)果均是配準(zhǔn)后的多光譜圖像的壓縮性能優(yōu)于未配準(zhǔn)的多光譜圖像。

配準(zhǔn)預(yù)處理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：對(duì)一組多光譜圖像，通過(guò)一定的配準(zhǔn)準(zhǔn)則，確定待配準(zhǔn)圖像與參考圖像的像素偏移量，對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行一定的處理，使得該多光譜圖像不同譜段之間達(dá)到對(duì)齊的效果，然后傳給后級(jí)系統(tǒng)做壓縮處理。

現(xiàn)有針對(duì)多光譜圖像配準(zhǔn)大多集中在地面后處理方面，對(duì)于配準(zhǔn)功能的實(shí)現(xiàn)，往往采用較為精確、相對(duì)復(fù)雜的算法。例如中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所在2004年發(fā)表于《紅外技術(shù)》的文章“多光譜圖像配準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理技術(shù)研究”就針對(duì)多光譜圖像的配準(zhǔn)問(wèn)題，提出了基于邊緣特征的匹配算法，并在DSP、FPGA上實(shí)現(xiàn)。其他類(lèi)似方案采用了互信息、遺傳算法和MQ幾何校正模型結(jié)合的算法進(jìn)行多光譜圖像的自動(dòng)配準(zhǔn)。中國(guó)科學(xué)院中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站在2007年發(fā)表的“一種新的衛(wèi)星多光譜圖像自動(dòng)配準(zhǔn)算法”就是采用此方案，文中具體介紹為：以互信息作為配準(zhǔn)的相似度度量，利用遺傳算法提高速度，利用MQ幾何模型能夠建立幾何關(guān)系。

上述這些系統(tǒng)方案的缺點(diǎn)是：配準(zhǔn)算法復(fù)雜度較高，硬件實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，需要借助DSP芯片配合FPGA實(shí)現(xiàn)；處理延遲較大，不能用于衛(wèi)星上多光譜圖像的實(shí)時(shí)高效傳輸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種適于多光譜圖像壓縮的配準(zhǔn)預(yù)處理系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少硬件資源，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星拍攝的多光譜圖像的實(shí)時(shí)高效傳輸。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種適于多光譜圖像壓縮的配準(zhǔn)預(yù)處理系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)一片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)，它包括圖像輸入模塊、圖像緩存模塊和配準(zhǔn)計(jì)算模塊：

所述圖像輸入模塊，用于將電荷耦合元件CCD全景相機(jī)產(chǎn)生的輔助數(shù)據(jù)和待配準(zhǔn)多光譜圖像各譜段數(shù)據(jù)重新組織成適于FPGA內(nèi)部處理的圖像數(shù)據(jù)，并輸出給圖像緩存模塊和配準(zhǔn)計(jì)算模塊；

所述圖像緩存模塊，用于緩存圖像輸入模塊的輸入圖像數(shù)據(jù)；

所述配準(zhǔn)計(jì)算模塊，包括：

兩個(gè)下采樣子模塊，用于將從圖像輸入模塊讀出的圖像數(shù)據(jù)和從圖像緩存模塊讀出的圖像數(shù)據(jù)重新拆分為圖像像素點(diǎn)，再對(duì)連續(xù)的4個(gè)像素點(diǎn)求取平均值得到一個(gè)新的下采樣像素點(diǎn)以代替原4個(gè)像素點(diǎn)，并輸出給配準(zhǔn)控制子模塊；

協(xié)方差計(jì)算子模塊，用于求得配準(zhǔn)控制子模塊輸入的兩路譜段圖像數(shù)據(jù)的協(xié)方差，并將協(xié)方差值輸出給配準(zhǔn)控制子模塊；

配準(zhǔn)控制子模塊，用于完成多光譜圖像配準(zhǔn)，即：