[發明專利]一種航天器在軌圖像的壓縮編碼方法

在審

• 申請號: 202010961895.0
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112233197A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 顧征;楊孟飛;陳麗平;鄭燕紅;王彤;李鐵映
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

航天器在軌工作過程中，會拍攝大量圖像來進行可視化遙測、導航規劃和科學觀測等，而器地通信帶寬有限，需要器上具有很高的編碼效率，同時，受資源限制，航天器上的編碼端難以進行多路并行、大規模、高復雜度的運算，而地面重建后的圖像用于人工觀測和計算分析，以快速支持航天器的狀態評估和任務規劃，對重建精度和速度也具有很高的要求。本發明提出了一種航天器在軌圖像的壓縮編碼方法，將深度學習和傳統壓縮編碼方法相結合，克服了現有圖像壓縮編碼方法的缺點，解決了航天器在軌圖像高壓縮比、低復雜度、高重建精度和高實時性的壓縮編碼問題，可用于航天器在軌圖像的壓縮編碼。

技術領域

本發明屬于航天器圖像壓縮編碼技術領域，涉及一種航天器在軌圖像的壓縮編碼方法。

背景技術

圖像信息作為航天器在軌工作過程中所得信息的最直觀表現，可以為可視化遙測、導航規劃和科學觀測等提供重要支撐，因此，其可靠獲取至關重要。受通信帶寬的限制，航天器拍攝的圖像通常需要經過壓縮編碼后下傳，且需要器上具有很高的編碼效率，同時，受資源約束，航天器上的計算機難以進行多路并行、大規模、高復雜度的運算，需要編碼算法簡單、快速，此外，地面重建后的圖像用于人工觀測和計算分析，以快速支持航天器的狀態評估和任務規劃，因此對重建精度和實時性也具有很高的要求。綜上，航天器在軌圖像壓縮編碼方法需要具有高壓縮比、低復雜度、高重建精度和高實時性的特點。

目前常用的航天器圖像編碼方法有JPEG、JPEG2000、MLOCO、ICER、CCSDS-IDC等。JPEG是一種常見的有損壓縮標準，我國的嫦娥系列多個探測器的小相機圖像使用JPEG進行壓縮，該方法的復雜度低，能夠實時重建圖像，通常可以達到8:1的壓縮比，繼續提高壓縮比將會產生比較明顯的塊狀效應，嚴重降低圖像質量。JPEG2000基于離散小波變換，可以實現無損和有損壓縮，具有漸進傳輸和感興趣區域壓縮的特點，重建圖像質量高于JPEG。MLOCO和ICER均在美國的勇氣號火星車任務中成功應用，MLOCO用于圖像的無損壓縮，壓縮比約為2～3:1，ICER用于圖像的有損壓縮，通過簡化編碼器來降低算法復雜度，具有漸進式編碼和傳輸的能力，重建圖像質量接近JPEG2000，在保證圖像具有較好的重建質量的前提下，ICER可以達到12:1的壓縮比。CCSDS-IDC是用于星載圖像系統的壓縮編碼方法，基于離散小波變換，壓縮質量接近JPEG2000，但硬件實現的復雜度遠低于JPEG2000。

目前常用的航天器在軌圖像編碼方法主要存在以下缺陷：

無法實現高壓縮比的圖像編碼。在保證重建質量的前提下，現有的壓縮編碼方法通常可以實現8:1和12:1的壓縮，繼續提高壓縮比將會造成圖像質量的嚴重降低。對于我國嫦娥三號、嫦娥四號拍攝的月面圖像，現有算法中，JPEG的壓縮極限約64:1，其它壓縮方法的壓縮極限約150:1，無法實現更高的壓縮比。而隨著航天器的飛行距離越來越遠，通信帶寬會越來越窄，且航天任務越來越復雜也使得其配置的相機越來越多，現有可實現的壓縮比難以滿足應用需求。

難以滿足實時重建的要求。在美國勇氣號火星車的探測任務中，為了在極窄的地火通信帶寬的條件下，更有效的進行圖像傳輸，ICER算法采用了漸進式編碼的策略，先傳輸圖像的縮略圖作為預覽，有必要時再回傳整幅圖像，但這本質上是通過延長傳輸時間的方法來適應帶寬的限制，難以滿足實時性的需求。

發明內容

本發明的目的是克服已有方法的不足，為解決航天器在軌圖像高壓縮比、低復雜度、高重建精度和高實時性的壓縮編碼問題，提供了一種圖像壓縮編碼的方法。

本發明方法是通過下述技術方案實現的：一種航天器在軌圖像的壓縮編碼方法，步驟如下：

1)對相機產生的原始圖像進行bicubic下采樣，根據重建后圖像的使用場景，選擇下采樣倍率；