[發明專利]一種單幀紅外圖像混合壓縮方法及系統

有效

• 申請號: 202011088307.3
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112399182B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張偉;張健;李芳芳;李璽;賀建飆
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04N19/42
• 分類號: H04N19/42;G06K9/62;G06T5/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張夢澤

本發明涉及一種單幀紅外圖像混合壓縮方法及系統。對于紅外源圖像，首先進行有損壓縮獲得有損壓縮碼流及有損背景，源圖像與背景差分獲得高頻前景HF，對HF進行非均勻性噪聲濾波產生圖像N，同時初始化模板M；對目標圖像T進行相同的操作以獲得目標高頻前景，以此生成其結構描述子K_T。以像素為單位掃描N，在每次掃描過程中都以當前像素為原點，截取與T大小相同的子圖N_i，計算N_i的結構描述子及其與K_T的相似度，當相似度小于閾值時，將M中與N_i對應的區域全部置1。掃描結束后，將HF和M進行與運算并進行無損壓縮，合并有損與無損壓縮碼流。本發明可有效降低單幀紅外圖像的數據規模，同時保留了紅外目標的光學特征。

技術領域

本發明涉及單幀紅外圖像壓縮領域，特別是涉及一種單幀紅外圖像混合壓縮方法及系統。

背景技術

對于某些安裝在高動態裝備上的紅外成像設備，因每秒可拍攝數十到數百幀圖像而產生了大量的紅外數據，鑒于多種原因，這些大規模紅外數據必須通過傳輸速率僅有數兆的無線信道實時傳輸到數據中心進行分析處理。同時，考慮到紅外目標特性分析的需要，這些紅外影像數據在處理過程中不允許丟失高頻細節，為此，采用圖像無損壓縮技術降低數據規模在理論上成為紅外數據傳輸預處理的首選方案。然而，限于香農極限的制約，全無損的數據壓縮技術，如無損JPEG2000、無損JPEG-LS等的數據壓縮率仍然較低，因此無法滿足較低速率信道實時傳輸大規模紅外數據的需要。另一方面，有損壓縮技術雖然可以大幅度降低數據規模，但是會丟失圖像的高頻細節，因此在本質上無法滿足紅外目標特性分析的需要。為此，結合有損壓縮與無損壓縮的優點對源數據進行混合壓縮，在保全待分析紅外目標光學特性的前提下，有效提高數據壓縮率以滿足較低速信道實時傳輸紅外影像的需求，已成為目前紅外視頻數據壓縮算法研究的重要方向。

洪寧的學位論文《ROI在遙感圖像編碼傳輸中的應用研究》、劉俊杰的學位論文《視覺測量圖像無損ROI編碼技術的研究》、王然的學位論文《面向衛星圖像壓縮的碼率控制方法》、寧志剛等的論文《適用無線傳輸的圖像ROI提取及優先編碼研究》、王超等的論文《基于優化ROI的醫學圖像分割與壓縮方法研究》、郝紅衛等的發明專利《數字圖像中圓形感興趣區域及其壓縮算法》、顧桂華等的發明專利《一種船舶目標切片圖像的ROI壓縮方法》，等等，分別提出了在源圖像中提取感興趣區域(ROI)，即包含待分析目標的圖像區域的定位及提取方法，而后利用JPEG2000等標準的ROI分塊優先編碼技術的支持，在一定程度上對源圖像實現了混合壓縮。郭業才等的發明專利《基于提升小波和PCNN的醫學圖像ROI壓縮方法》、賈媛等的發明專利《基于ROI的視頻快速壓縮方法、高清視頻系統、4K視頻系統》、莫益軍等的發明專利《一種CT 影響感興趣區域壓縮與質量評估方法》等等，也分別提及了ROI的定位及相關壓縮方法。

上述相關壓縮方法存在如下技術局限：

1.部分方法依賴于現有的圖像壓縮標準，如無損JPEG2000、無損JPEG-LS 等，因此缺乏一定的靈活性；

2.上述方法的無損壓縮對象是標定ROI區域內的完整數據，如果ROI區域內的數據是非稀疏或色調連續性較差，則受香農極限的制約，其無損壓縮率事實上較低；

3.上述方法均沒有考慮紅外圖像的能量絕大部分集中于低頻區間、非均勻性噪聲較高等特點，因此無法滿足紅外影像數據高壓縮率及恢復圖像紅外目標特性分析的需要；

4.部分方法，如賈媛的發明專利采用了幀間差分方法大幅度提高了壓縮率，但對于惡劣的無線通信環境，可能存在傳輸誤碼率較高的問題，因此一幀數據傳輸存在不可恢復的錯誤，則可能影響后繼數幀的圖像恢復。

發明內容

本發明的目的是提供一種單幀紅外圖像混合壓縮方法及系統，能夠在有效提高了紅外數據壓縮率的基礎上，同時較好地滿足了較低速無線信道紅外視頻數據實時傳輸及紅外目標光學特性分析的需求。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：