發(fā)布時間：2018-02-11 13:50

  本文關(guān)鍵詞： 光學遙感圖像 分級壓縮 圖像表示 自適應掃描 視覺敏感度模型　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著對地觀測技術(shù)的發(fā)展,遙感平臺和傳感器更加多樣化,遙感圖像的分辨率不斷提高,使得獲取的遙感圖像數(shù)據(jù)量劇增。因此,高效的壓縮技術(shù)在遙感領(lǐng)域變得越來越重要。此外,隨著光學遙感圖像應用的普及,許多應用不僅要求壓縮技術(shù)具有較好的壓縮性能,還要求支持光學遙感圖像的漸進傳輸和顯示。在這種情況下,需要對光學遙感圖像進行高效的分級壓縮。現(xiàn)有的分級壓縮方法多是針對自然圖像進行設(shè)計的,并沒有考慮到光學遙感圖像自身的特點。對于獲得的大量的光學遙感數(shù)據(jù),如何結(jié)合光學遙感圖像的特點,對其進行靈活、高效的分級壓縮,以滿足快速傳輸、處理,以及有效顯示的需求,成為目前遙感圖像壓縮領(lǐng)域面臨的一個重要問題。本文圍繞光學遙感圖像的分級壓縮展開研究。圖像壓縮的核心在于能否對圖像數(shù)據(jù)進行更加集中和有效的表示,故一種好的圖像表示方法至關(guān)重要。論文先研究了適合光學遙感圖像的表示方法,然后從數(shù)據(jù)組織的角度,研究了適合光學遙感圖像的自適應掃描方法。接著,針對大范圍場景的光學遙感圖像有效顯示的需求,研究了基于視覺重要信息保護的編碼方法。最后,設(shè)計了一套面向可視化應用的光學遙感圖像壓縮與漸進傳輸系統(tǒng)。本文的研究對于光學遙感圖像分級壓縮技術(shù)的發(fā)展,尤其是對于面向可視化應用的壓縮,具有重要的研究意義。首先,從圖像表示的角度,針對光學遙感圖像通常細節(jié)信息較為豐富,難以有效描述的問題,從多尺度幾何分析入手,對適合光學遙感圖像的表示方法進行了深入研究。先從方向小波基出發(fā),利用了Tetrolet變換對圖像細節(jié)保持較好這一特點,結(jié)合張量積小波變換對平滑圖像能夠最優(yōu)逼近這一性質(zhì),提出了一種基于混合變換的遙感圖像表示方法,實驗表明該方法能夠更好的對光學遙感圖像進行表示。進而,研究了基于自適應方向提升的變換方法,該方法能夠自適應的調(diào)整濾波器的方向,并對濾波中可能用到的分數(shù)像素采用方向插值,能夠?qū)鈱W遙感圖像進行有效的稀疏。相比于當前主流的方向提升方法,提出的方法具有更低的復雜度,且降低了邊信息的開銷。將該表示方法與基于“零樹”的編碼方法結(jié)合后,結(jié)果證明能夠顯著提高光學遙感圖像的壓縮性能。其次,從數(shù)據(jù)組織的角度,對適合光學遙感圖像的掃描方法進行了深入研究,旨在提高面向漸進傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組織效率。通常,每幅圖像都有其自身的內(nèi)容和分布特點,一概采用固定掃描難以使其得到好的壓縮性能。此外,與自然圖像相比,光學遙感圖像變換后,高頻子帶內(nèi)包含的信息更多,且不同子帶間信息量相差往往更大,這就導致了固定掃描方式對光學遙感圖像的壓縮性能影響更大。為了解決該問題,在分析現(xiàn)有掃描方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合光學遙感圖像特性,提出了一種自適應掃描方法。該方法同時考慮了圖像內(nèi)容和小波子帶特性,經(jīng)分析后給出不同的子帶間掃描順序和子帶內(nèi)掃描方法,在保證按照重要性掃描的同時,能夠盡可能保留光學遙感圖像的紋理信息。用掃描后生成的系數(shù)序列建立二叉樹,并采用二叉樹編碼器進行編碼。結(jié)果表明,提出的方法能有效提高分級壓縮的性能,且算法復雜度低,證明了提出的自適應掃描方法的有效性。再次,針對大場景光學遙感圖像有效顯示的需求,在考慮人眼視覺的基礎(chǔ)上,對光學遙感圖像的分級壓縮方法展開了研究�，F(xiàn)有的絕大多數(shù)遙感圖像壓縮方法均是在均方誤差意義下設(shè)計的,然而,對于與可視化相關(guān)的應用,統(tǒng)計意義下的好的壓縮性能并不意味著好的視覺質(zhì)量。因此,在分級壓縮過程中,應對視覺重要的信息進行保護,優(yōu)先編碼并傳輸這些信息。首先研究了基于視網(wǎng)膜的視覺敏感度模型,根據(jù)該模型進行基于像素的視覺敏感程度分析,并結(jié)合各小波子帶的誤差檢測閾值,得到變換域的視覺敏感度模型。接著,計算變換域的視覺加權(quán)掩膜。最后,對于視覺加權(quán)后的變換圖像,采用提出的自適應掃描方法進行掃描,并進行二叉樹編碼。經(jīng)驗證,在相同碼率下,提出方法能有效改善重建圖像的視覺質(zhì)量,為光學遙感圖像可視化提供了可靠保證。最后,針對當前對遙感圖像交互式可視化的應用需求,以上面的研究成果為支撐,設(shè)計了一套面向可視化的光學遙感圖像分級壓縮與漸進傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)重點圍繞壓縮、解壓縮、漸進傳輸?shù)饶K,以及各種接口進行設(shè)計。系統(tǒng)采用了離線壓縮方式,可實現(xiàn)大量遙感圖像入庫時的批量壓縮,并保證客戶端瀏覽所請求圖像的實時性。與傳統(tǒng)的基于金字塔結(jié)構(gòu)的方式相比,該系統(tǒng)采用“增量”方式存儲碼流,降低了需存儲的數(shù)據(jù)量,同時也減少了數(shù)據(jù)傳輸時間。此外,研究了斷點續(xù)傳技術(shù),可為大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的保障。系統(tǒng)測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)客戶端請求圖像的漸進傳輸,解碼速度快,能較好地滿足客戶端對光學遙感圖像交互式可視化的需求。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP751

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本文編號：1503206