【摘要】：隨著天文領(lǐng)域的發(fā)展,針對空間圖像的研究日益重要。為探究太陽磁場對空間環(huán)境及天體活動的影響,“先進天基太陽天文臺(ASO-S)背景型號研究”獲批中國科學院空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項,旨在研制一顆太陽探測衛(wèi)星用于太陽磁場圖像的成像觀測。在通過衛(wèi)星獲取高質(zhì)量太陽磁場圖像的同時,會得到大量數(shù)據(jù),其回傳受到傳輸信道及存儲資源的限制,因此有必要在傳輸前對太陽磁場圖像進行在軌壓縮。而當前空間圖像處理領(lǐng)域常用的壓縮算法對此不具有針對性,難以做到在無數(shù)據(jù)損失的前提下有較高的壓縮比。本文探究專用于太陽磁場圖像的無損壓縮算法,通過對圖像的冗余分析,在預處理方法和熵編碼方法兩個方面對算法做出研究,然后基于FPGA進行設(shè)計以提高壓縮效率。主要工作及成果包括:(1)基于MAlTLAB對(5,3)整數(shù)小波變換算法進行研究,該方法降低了太陽磁場圖像信息熵,提高了極限壓縮比,將其作為本文算法主要的預處理方法。(2)根據(jù)太陽磁場圖像的像素特征,對RICE無損壓縮算法適當改進,將其中的自適應(yīng)熵編碼部分作為本文算法的熵編碼方法。(3)結(jié)合(5,3)整數(shù)小波變換算法與改進的RICE算法,基于MATLAB進行整體無損壓縮算法的研究。針對單幅太陽磁場圖像,提出了兩種算法,并對算法進一步優(yōu)化,使壓縮比最高可達到4.465,優(yōu)于現(xiàn)有的算法。針對多幅太陽磁場圖像,提出了一種專用算法,使壓縮比最高可達到5.668,滿足工程要求。(4)基于FPGA對優(yōu)化的太陽磁場圖像無損壓縮算法進行設(shè)計,將已有的RICE算法部分做改進,主要設(shè)計了(5,3)整數(shù)小波變換預處理和數(shù)據(jù)分塊部分,然后對設(shè)計進行仿真及分析,并上板調(diào)試驗證結(jié)果正確。經(jīng)仿真與驗證,本設(shè)計可以滿足太陽磁場圖像的無損壓縮需求,壓縮比與壓縮時間符合實際要求。
【圖文】：

－Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｂａｓｉｃ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｉｍａｇｅ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ逡逑先對圖像原始數(shù)據(jù)映射變換，映射器將輸入數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，使其通過另表達出來。映射器要求在能夠?qū)?shù)據(jù)有效壓縮的基礎(chǔ)上保證信息較高的一般是可逆的。數(shù)據(jù)經(jīng)過映射器進行時域預測、頻域變換等，從而特征更利于編碼。然后被映射變換的數(shù)據(jù)經(jīng)過量化器進行熵減，降低數(shù)據(jù)減少冗余的效果。量化器要求在誤差允許的條件下減少量化級數(shù)，它損失，是有損圖像壓縮中有損的根源。最后將量化得到的數(shù)據(jù)進行編逡逑編碼器一般不會產(chǎn)生失真，編碼方式由圖像數(shù)據(jù)特征和實際工程需求同方式會有不同的壓縮效果。編碼后的數(shù)據(jù)即為壓縮后的圖像數(shù)據(jù)，進行通信傳輸。逡逑同的圖像壓縮技術(shù)中，映射器、量化器、符號編碼器的選擇和設(shè)定是而達到不同的壓縮效果以適用不同特征的圖像。圖像的解碼過程為編，如圖２－３所示，由于量化器造成數(shù)據(jù)損失不可逆，因此解碼由符號解逡逑反映射器兩部分組成。逡逑壓縮數(shù)據(jù)一符號解碼器反映射恢復數(shù)據(jù)逡逑

磁像儀對太陽連續(xù)取圖像，每個通道在３２秒內(nèi)會生成左旋和右旋兩幅磁場圖逡逑像，因此太陽磁場圖像是在時間上是連續(xù)的，，如圖２－６所示為連續(xù)時間即Ａ時刻與逡逑／ｉ＋ｉ時刻的兩張?zhí)柎艌鰣D像，右圖為左圖下一時刻圖像，兩幅圖非常相似。逡逑0□逡逑ａ）ｔｉ時刻邐ｂ）ｔｉ＋ｌ時刻逡逑圖２－６兩幅時間相鄰的圖像逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－６邋Ｔｗｏ邋ｉｍａｇｅｓ邋ａｄｊａｃｅｎｔ邋ｔｏ邋ｅａｃｈ邋ｏｔｈｅｒ邋ｉｎ邋ｔｉｍｅ逡逑太陽磁場圖像的灰度級為２１６，即６５５３６，而顯示器一般可顯示的圖像級數(shù)為逡逑２５６，因此可以在ＭＡＴＬＡＢ平臺中通過按比例縮小灰度值的方法來展示圖像，并逡逑且可以選擇灰度值范圍來觀測圖像局部像素。圖２－７所示為截取了一幅圖像的中等逡逑亮度灰度級，可以看出灰度值由中間向四周遞減，有很明顯的亮度區(qū)別，像素灰度逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN919.81;TN791

【參考文獻】

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本文編號：2605754