图像www.522av.com

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2o第17卷第1期1998年2片红外与毫米波学撤J.
InfraredMillim.
WavesVo1.
I7.
No.
1Februarv.
1998成像光谱图像实时无损压缩方法研究盘主土王建宇(中国科学院上海技术物理研究所,上海,300083)vpT~-/摘要在分析成像光谱倒像信息量和冗杂度的基础上,提出了几种多维图像实时无损压缩的算法,并对不同乒法的软件模拟结果进暂了评价.
谱维信息的剧增也使得成像光谱的数据分析成为多维图像处理技术的典型应用.
高分辨率成像光谱技术中的关键问题是对大量图像数据的寅时记录(或传输)和应用传递.
中科院卜海技术物理所的成像光谱仪机记录的数据率是3.
84Mbps,'次飞行试验采集的有效数据以TB}r.
美国NASAEOS汁划-11的HIRS传输数据率足512Mbps,大大超过rEOS总传输率300Mbps.
如此庞大的数据率和数据量给记录和传输设备造成巨大JI力,进行有效的数据压缩成为必须.
目前的图像压缩技术主要分有损压缩和无损压缩两类.
由于成像光谱仪是遥感应JH的信息源,采用不能完全恢复原始数据的有损压缩方法会导致后续应用中的不可预料的误差,而且有损压缩方法,如变换编码(DCT,KL)的计算复杂度'般都很高,所以在实时应用中多采用无损压缩的方法,如AVIRIS的数据压缩采用的是线性预测的自适应DPCM方法,有损方法必须结合应用的要求,并有待进一步研究.
无损帐缩的无失真、易于实现的优势.
使其在实时应用中得到广泛采用.
但提高压缩率一直是这一方法的难点.
各种无损压缩大都基于挖掘信息源内的相关性,如相邻相戈(DPCM)、字串重复(游程编码.
LZW)等.
成像光谱假的高光谱分辨率及光谱维连续,形成图像在光谱维的高度相关,这一相关的程度和如何利用这一相关直是成像光谱图像压缩的研J巍热点.
另外如何结合新技术方法在系统各个环节挖掘信息相关,也是提高压缩率的努方向,作者在信息抽取上利}fIHilbert打描技术增加信息相邻相关方面也做了一些尝试.
1多维信息源分析我们先对光谱维的信息量进行分析.
成像光谱图像数据可描述为三维随机场函数M(z,Y.
^),表示在空间坐标(z.
)上在第^光谱波段采集到的光谱能量·反映到图像}二即稿件收到日期199707一O8维普资讯http://www.
cqvip.
comcj)I司2D喃17卷第11朝199H年2II红外与道米波学报J.
InfraredMíllim.
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199日成像光谱图像实时无损压缩方法研究」主主μY王建宇{中国科学院上梅技才怪物理研究所,上悔.
2000B3)TP7S/摘要在非析成恤克谱回恤'古息量和冗辛庄的基础土.
提出了几种多维困恤实时无于国压缩的算坛,开叶京闯算法的软件模拟结果进行了评价关髓巳珩缸且三巳旦旦旦旦旦主主旦旦.
Hi俨Hi引言、d茹一~'I也、随着遥感仪器的快速发展,特别是光谱分辨率面商百提高.
研制成了成像光谱仪.
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维的硬件结构同二维非常类似.
也H需个3*M(M是罔像火i1,ff~阶数,如512*512·M一9)|十数器及个算术逻辑Til1.
这里:『I}重复.
一曩图6荦波段图像_哥72T)Hitbel-t扫描图像罔8光滑维X维侏9zxHi1ben扫晰『暑『像F|g6SingtebandFig·72DMill'lrtsnnigFig.
8Spectra【一IL.
TiFig.
9ZXHil1)erts㈨nigimage[maKezonta]】ngein,ageJ0维年【『三维Hilbert硬件帐尉Fig.
10Blockdiagramof2Dand3DHilberlhatdwafPs2.
2多维去相关对下'般信号如语音信号,H在时问维kNY.
:;就罔像佑号而言,则不仅在水平方向维普资讯http://www.
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com16吉I外JJ毫米;由于报17卷bit.
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~d--1'足从r_-l'T[i+lJ输出的2i'hit.
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j个输出是:hI'-个T[i-1J输出的2bit此扫描地址事1t-2[,itZ[门,Z[i]~.
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5X(x-l.
y.
I.
'))图11二蛙DPl'M原理图Fig.
11Theprinciplescbemeo(two-dimensionDPCM2.
3编码方法编码过程将己去相关的图像数据根据信息论原理.
转化成较少的代码咽从而最终实现数据量的减少.
龙损压缩的编码方法分两类z基于信息姻编码和基于字典的编码作者对Huffman编码、算术编码、游程编码和LZW方法进行了分析比较.
注意,鉴于研究的实时性目的,除游程编码外,所有编码算法均采用自适应模式设计.
例如对一幅典型的MAILI512X512X32可见光图像光谱维去相关后的数据进行编码比较,结果见图12.
由图可以看出.
(1)自适应算术编码的放率最高.
(2)游程编码的放率最低,甚至有膨胀现象,这是因为游程编码效率取决于数据流中重复数据出现次数和平均游程长度.
这两个参数在自然图像,特别是当地物不规则或纹理丰富时都很低-(3)目前流行的LZW方法应用到图像上,效果不如烟编码.
作者分析原因如下,LZW方法是基于字典的方法,它利用的是数据出现的频率冗余度、重复性和高使用率模式冗余度,即图像的规则性.
而去相关后的图像仍保留轮廓结构.
仍不规则,但其总的灰度出现概率分布范围缩小,更适于摘编码.
晶码是卑B'$晶32睛事B&瑾16域市明图12图像光谱维去相关前后数据编码比较Fig.
12Comp.
arisonofdatacodingbdoreandafterspectraldecorrelationofimage18红外与·毫米波学报17卷图13MAIS几种典型图像(a)嵊洒列岛,(b)澳大利亚MarbLeBar矿区,(c)新疆塔里术沙漠,(d)澳大利亚达尔文市,(t)唐山地区Fig.
13SometypicalimagesofMAIS(alIstandofSbengsi,(b)MarbleBarMinerAreainAustralia,(clDesert0fTalimu,(dlDarwininAustralia,(e)TheIMraredImageofTangshan3算法试验结果及分析根据以上分析,作者对所论及的各种算法用图13中MAIS的几幅典型图像进行了软件模拟.
图像分别为:(a)嵊泗列岛32波段可见光海岛图像,(b)澳大利亚MarbleBar地矿区16波段短波红外地质图像,(c)新缰塔里木盆地16波段可见光沙漠图像,(d)澳大利亚Darwin市16波段短波红外城市图像,(e)唐lI』地区8波段热红外图像.
由于成像光谱仪以BIP方式采集图像数据,即图像以光谱一穿轨迹(x)一沿轨迹(y)顺序输入.
所以最有利实时实现的压缩算法依次为:(1)DPCM:光谱维z方向DPCM一>x方向DPCM一>Y方向DPCM;(2)PIILBERT扫描:x+z2维HILBERT一>x+Y2维HILBERT一>3维HILBERT.
试验结果见表1.
表2典型图像的软件模拟结果TablelTheseftwaresimulationresultsfors0metypicalImages*以上算法均采用自适应算术编码器由表1,可以看出:(1)光谱维(z)一维DPCM的压缩率比空间维x,y方向要高.
这是因为成像光谱图像光谱维信息相关性比空间维高的缘故.
(2)含光谱维(z)的两维DPCM的维普资讯http://www.
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com18红外与岳米波字报图13MAIS几种典型图像(,)蠕栖列岛.
由〉澳大利亚MarbleBar矿区,\c)新疆塔里术rv摸.
(d)澳大利亚达尔文市.
(e)唐山地区Fig.
13SometypicalmwgesofMAIS(aHslandofShengsi咱也)MarbleBa.
rMinerArea17卷inAustralia.
(c)Desert01Talimu.
(d)DarwininAustralia.
(e)TheInfraredImageofTangshan3算法试验结果及分析根据以上分析,作者对所论及的各种算法用图13中MAIS的几幅典型图像进行了软件模拟.
图像分别为,(a)瞟润列岛32波段可见光悔岛罔像.
(b)澳大利亚MarbleBar地矿区16波段短波红外地质图像,(c)新缰塔里木盆地16波段可见光沙漠图像,(d)澳大利亚Darwin市16波段短波红外城市图像,但)唐山地区8波段热红外图像.
由于成像光谱仪以BIP方式采集图像数据H~图像以光谱穿轨迹(X)-沿轨迹(y)顺序输入.
所以最有利实时实现的压缩算法依次为(1)DPCM,光谱维Z方向DPCM->X方向DPCM->Y方向DPCM,(2)HILBERT扫描,X十Z2维HILBERT->X十Y2维HILBERT->3维HILBERT.
试验结果见表1.
Table1压缩事RAWz1.
993.
5121.
872.
93s2.
353.
4141.
532.
55表2典型图像的软件模拟结果τbeseftwaresimulatioor-esuJtsfori!
lomelyplcaJImag圈DPCM田LBERT+DPCMXyzxzyXYzxyzx+yXY2.
802.
954.
114.
132.
8in".
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GE-25(4),499斗OL20元iichiroKamata嘈RichardO.
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1699,308-3205GUOYP.
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BCForster红外与毫米撞学掘).
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北京=电子工业出版社).
1994REAL-TIMELOSSLESSCOMPRESSIONOFN-DIMENSIONIMAGES啕ZHUZhen-YuLINKanWANGJian-Yu'A.
γ~Renw/.
eSrnsingLabo叩tory'Slumghailn5/uuJe01Techmca1Phync.
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Ct:S.
Sh4'mgMI200083.
Chi~)AbstractBasedontheinformationcontentandredundancyoftheimagingspectralim-ag凹.
severalreal-timelosslesscompressionalgorithmswereproposedinthispaperandallthealgorithmswereevaluatedandcompared.
Keywordslmagecompression,n-dimensionimageanalysis,real-timeprocessing,Hilbertcurve.
Theproject8upportedbytheNa[ionalHi.
Tech863PlanFounda[iono(Chin.
Received1997.
07.
08学术会议消息由中国光学学会主办的国际光学委员会专题学术会议"信息高速公路中的光学"(OpticsforInformationInfrastructure)将于1998年8月3~6日在天津南开大学举行.
会议内容为:(1)光纤光学与器件;(2)信息基础设施用的新光学元件和新系统;(3)光通讯;(4)光显示、元件、系统和应用;(5)光学信息处理和光计算{(6)光学传感与控制;(7)光存储、材料和应用;(8)光电子学与光互连;(9)雷达和光雷达信号处理;(10)固体激光器与器件;(11)信息基础设施中的新技术;(12)现代全息术与应用.
第二轮会议征文通知已印出,摘要的截稿时间为1998年1月15日.
请尽快与会议秘书组联系.
秘书组的通信地址为:天津南开大学现代光学研究所0II'98秘书组邮编:300071电话:(022)235055030II'98TopicalMeetingoftheInternationalCommissionforOptics(ICO)"OpticsforInformationInfrastructure"SecondAnnouncementandCallforPaperOrgamzedbyChineseOpticalSocietyforInternationalCommissionforOpticsAugust3——6,1998NankaiUniversity,Tianjin300071.
ChinaTOPIO8T0BElNor.
UDEDThetopicsofthemeetingincluded,butnotrestrictedto:(1)Fiberopticsanddevices,(2)Newopticalcomponentsandsystemusedininfor—mationinfrastructure,(3)Opticscommunication,(4)Opticsdisplay.
componnts,sys—temandapplications,(5)Opticsinformationprocessingandopticalcomputing,(6)Op—ticssensorsandcontrol,(7)Opticsstorage,materialsandapplication,(8)O~oelectron—icsandinterconnections,(9)Radar/Lidarprocessing,(10)Solidstatelasersandde—vices,(11)Noveltechniquesappliedtoinformationinfrastructure,(12)ModernHolog—raphyandapplications维普资讯http://www.
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com20品LιT术.
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0.
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'z4议消息由中国光学学会主办的国际光学委员会专题学术会议"信息高速公路中的光学"(Opticsforlnformationlnfrastructure)将于1998年8月3~6日在天津南开大学举行.
会议内容为.
(1)光纤光学与器件(2)信息基础设施用的新光学元件和新系统(3)光通讯(4)光显示、元件、系统和应用(5)光学信息处理和光计算川的光学传感与控制(7)光存储、材料和应用(8)光电子学与光互连(9)雷达和光雷达信号处理(]O)固体激光器与器件(11)信息基础设施中的新技术(2)现代全息术与应用.
第二轮会议征文通知己印出,摘要的截稿时间为1998年1月15日.
请尽快与会议秘书组联系.
秘书组的通信地址为2天津南开大学现代光学研究所on'98秘书组邮编300071电话川022)23505503on'98TopicalMeetingofthelnternationalCommissionforOptics(ICO)"OpticsforInformationInfrastructure"SecondAnnouncementandCallforPaperOrganizedbyChin回eOpticalSocietyforInlernatlonalCommissionforOpticsAugust3一日,1998NankaiUniversity,Tianjin300071.
ChìnaTOPICSTOBEINCLUDEDThetopicsofthemeetingincluded,butnotrestrictedto:(])Fib盯opticsanddevces.
(2)Newopticalcomponentsandsystemusedininfor-mationinfrastructure,(3)Opticscommunication,(4)Opticsdisplay.
componnts,sys-temandapplications.
(5)Opticsinformationprocessingandopticalcomputìng,(6)Opticssensorsandcontrol.
(7)Opticsstorage,materìalsandapplication,(8)0(:炖oelectronicsandint曰connections.
(9)Radar/Lidarprocessing,(10)Solidstatelasersandde-vices.
(1})Noveltechniquesappliedtoinformationinfrastructure,CI2)ModernHolog-raphyandapplications,.
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