干涉高光譜圖像高效壓縮技術研究.pdf

1、干涉高光譜技術是目前航天遙感領域內具有實用性價值的成像光譜技術，能夠獲得豐富的被測目標的空間和光譜信息，被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、地質、氣象和軍事等領域。作為一種三維圖像，其海量的數(shù)據(jù)導致存儲與有限帶寬信道上的傳輸非常困難，因此必須針對其數(shù)據(jù)特點設計高效的壓縮編碼方案。 針對干涉高光譜圖像航天應用需求，論文從兩個角度對干涉高光譜圖像編碼技術作了深入研究：一是從無損壓縮編碼的角度，對幀間預測和矢量量化進行改進與結合，研究高效的適合于干

2、涉高光譜圖像特點的無損壓縮方法：二是從有損壓縮編碼的角度，分別對三維小波變換和熵編碼方法進行改進，研究有效保持恢復圖像光譜和空間信息的有損壓縮方法。本文的主要工作及取得的研究成果如下： 1．提出一種針對聯(lián)合調制干涉高光譜數(shù)據(jù)——LASIS（Large Aperture Static Imaging Spectrometer）數(shù)據(jù)的快速雙向預測無損壓縮方法。該方法由雙向預測和熵編碼兩個模塊有機結合形成。采用雙向預測方法消除LASI

3、S數(shù)據(jù)中的空間冗余信息和光譜冗余信息。并對雙向預測運算優(yōu)化，提高預測速度。采用運算速度快的區(qū)域編碼對預測殘差編碼，提高編碼速度?？焖匐p向預測無損壓縮方法在壓縮比和運行速度方面均優(yōu)于目前國際上流行的無損壓縮方法，適合于實際航天星載壓縮應用。 2．提出一種基于點到線模型的擴展矢量量化算法，并給出該算法在圖像無損壓縮中的實際壓縮方案。該算法在LBG（Linde-Buzo-Gray algorithm）算法碼書的基礎上，利用點到線的垂線

4、關系，對矢量進行量化表示，達到圖像壓縮的目的。在此基礎上，我們進一步將擴展LBG算法應用于干涉高光譜圖像壓縮中，提出一種結合雙向預測的矢量量化無損壓縮算法，該方法可以顯著提高干涉高光譜圖像無損壓縮的性能。 3．提出一種基于方向角預測的三維小波變換的有損壓縮方法。這種三維小波變換的特點在于它將方向預測結合到三維提升小波中。每一維中提升小波的預測可在相關性最強的方向上進行而不需要總是局限在變換的方向上。實驗證明，對于干涉高光譜圖像這

5、種方向性很強的立體圖像序列，基于方向角預測的三維小波變換比原始三維提升小波變換有明顯改進。使用基于方向角預測的三維小波變換的壓縮方法比使用原始三維提升小波變換的方法在8倍壓縮時的效果可提高1dB左右。 4．提出采用不等權重的率失真優(yōu)化截取SPIHT（Set Partitioning in HierarchicalTrees）算法對干涉高光譜圖像進行有損壓縮。根據(jù)干涉高光譜圖像在空間域和傅里葉域的特點，推導出空間域中隨著光程差的增