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卫星干涉光谱图像编码技术研究

作　者: 肖江
导　师: 吴成柯
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 图像编码小波变换 EBCOT算法 ROI编码率失真优化
分类号: TN919.81
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 303次
引　用: 3次
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内容摘要

卫星遥感干涉成像光谱技术是当代各国高新科技竞争中的一项关键技术。“神舟”三号飞船发射升空使我国成为世界上第二个拥有航天成像光谱仪的国家，干涉多光谱图像信息在今天和未来的军事和生活领域起着战略性的作用，研究该类图像的信息处理与压缩编码技术具有重要的现实意义。论文首先对国际上最新的静止图像压缩标准JPEG2000的核心算法进行了进一步的研究。在对我国863项目中研制的“大孔径静态干涉成像光谱仪”(LAISI)成像原理进行了深入分析之后，对JPEG2000中的率失真优化截取内嵌码块编码(EBCOT)等图像压缩算法在该类图像的有效应用进行了细致的理论分析和算法研究，并对卫星干涉光谱图像高效压缩的新算法及其在星载环境下的硬件实现进行了探索。主要的工作与研究成果如下： 1．论文总结了EBCOT算法的一般特点和框架，提出了易于硬件实现的EBCOT算法。通过在T1编码引擎中建立查找表，避免了比特平面编码时的上下文计算，提高了系统编码速度；提出了T2编码快速率失真优化算法，避免了浮点除法运算和数据的浮点表示，降低了编码系统的复杂度。 2．针对比特平面提升感兴趣区域(ROI)编码算法的不足，提出了基于率失真斜率提升的ROI编码算法。算法码流完全兼容于JPEG2000标准，结合MaxShift算法可实现任意形状ROI处理，在编码效率、对比度分析和图像PSNR质量上均高于JPEG2000标准算法。 3．提出了一种自适应率失真提升感兴趣光谱区域编码方法，同时提出了一种基于EBCOT算法的绝对误差测度的编码方法。这两种方法能够有效地保护LASIS光谱图像光谱信息、克服小目标丢失和保护光谱曲线平滑。 4．提出了利用卫星干涉多光谱图像帧间推扫特性的干涉多光谱差值图像序列压缩编码算法。算法在低复杂度前提下实现了LASIS多光谱图像的高质量压缩，利用小波域系数匹配的多光谱图像序列压缩算法，避免了基于三维小波变换编码算法存储量、编码延时大的缺陷，降低了系统编码复杂度，提高了编码效率，更适合硬件实现。 5．论文开展了实时高效、可适应卫星载荷环境的硬件编码算法研究。相应地设计并实现了EBCOT算法的基于比特平面并行编码的硬件方案和样机。

全文目录

第一章绪论  9-22
  §1．1 引言  9-19
    §1．1．1 研究背景  9-11
    §1．1．2 图像编码技术的研究进展  11-14
    §1．1．3 图像数据压缩标准概况  14-15
    §1．1．4 国内外航天光谱遥感图像成像及压缩技术的最新进展  15-19
  §1．2 本文的研究内容及主要成果  19-20
  §1．3 本文的研究内容  20-22
第二章 JPEG2000标准及易于硬件实现的EBCOT算法  22-38
  §2．1 引言  22-23
  §2．2 JPEG2000编码系统  23-24
  §2．3 JPEG2000关键技术  24-28
    §2．3．1 码块比特平面编码  24-27
    §2．3．2 率失真优化截取  27-28
  §2．4 易于硬件实现的EBCOT编码  28-34
    §2．4．1 提升小波变换算法  28-31
    §2．4．2 EBCOT中的状态表和上下文查找表  31-32
    §2．4．3 快速率失真优化算法  32-34
  §2．5 实验结果  34-37
  §2．6 本章小节  37-38
第三章感兴趣区域编码算法  38-52
  §3．1 引言  38-39
  §3．2 感兴趣区模板  39-42
    §3．2．1 小波变换与感兴趣区模板  39-41
    §3．2．2 矩形ROI模板的快速计算  41-42
  §3．3 ROI的失真计算  42-44
  §3．4 基于比特平面提升的ROI编码算法  44-46
  §3．5 基于率失真斜率提升的ROI编码算法  46-48
    §3．5．1 基本算法与实现  46-47
    §3．5．2 实验结果  47-48
  §3．6 基于率失真斜率提升的任意形状ROI编码  48-51
  §3．7 本章小结  51-52
第四章 LASIS卫星干涉光谱静止图像压缩编码  52-70
  §4．1 引言  52
  §4．2 成像光谱技术原理  52-57
    §4．2．1 傅立叶变换光谱仪原理  52-53
    §4．2．2 傅立叶变换光谱仪  53-54
    §4．2．3 干涉成像光谱仪  54-55
    §4．2．4 大孔径静态干涉成像光谱仪原理及成像特点分析  55-57
  §4．3 LASIS图像自适应率失真斜率提升ROI算法  57-63
    §4．3．1 干涉多光谱图像成像原理与小波分解结构  57
    §4．3．2 率失真优化截取  57-58
    §4．3．3 自适应失真跟踪ROI编码  58-59
    §4．3．4 实验结果与分析  59-63
  §4．4 基于EBCOT的绝对误差测度编码算法  63-69
    §4．4．1 误差信号编码  64
    §4．4．2 等效误差编码  64-66
    §4．4．3 实验结果与结论  66-69
  §4．5 本章小结  69-70
第五章卫星干涉多光谱序列图像编码  70-88
  §5．1 引言  70-71
  §5．2 基于三维小波变换的编码研究  71-78
    §5．2．1 多光谱图像的3D EBCOT压缩编码算法  71-72
    §5．2．2 非对称三维离散小波变换  72-73
    §5．2．3 三维优化截取内嵌码块编码  73-74
    §5．2．4 比特平面编码器的三维扩展  74-76
    §5．2．5 内嵌码流组织  76-77
    §5．2．6 实验结果  77-78
  §5．3 基于小波匹配的干涉多光谱差值图像序列压缩编码  78-87
    §5．3．1 利用推扫特性的率失真优化截取内嵌码块编码  78-79
    §5．3．2 小波变换对差值图像编码影响  79-80
    §5．3．3 小波域匹配算法  80-81
    §5．3．4 实验结果  81-83
    §5．3．5 结合ROI编码的验结果  83-87
  §5．4 本章小结  87-88
第六章卫星干涉多光谱图像压缩硬件实现方案研究  88-97
  §6．1 引言  88
  §6．2 卫星多光谱遥感图像的编码方案  88-94
    §6．2．1 小波变换硬件实现结构设计  89-90
    §6．2．2 内嵌比特平面编码模块—T1的硬件设计  90-93
    §6．2．3 优化截取模块—T2的硬件设计  93-94
  §6．3 EBCOT硬件系统  94-96
  §6．4 本章小结  96-97
结束语  97-99
参考文献  99-108
攻读博士学位期间已发表的论文  108-109
攻读博士学位期间参加的科研项目  109-110
致谢  110

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