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多光谱图像编码技术研究

作　者: 吴家骥
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: 多光谱图像编码三维小波变换嵌入编码零块编码对象编码
分类号: TN919.81
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 379次
引　用: 7次
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内容摘要

多光谱图像被广泛应用在环境监测、地质、气象、医学和军事等领域。它作为一种三维图像,其海量的数据导致在有限带宽信道上传输和存储非常困难,因此必须对它进行有效的压缩编码。本文系统地介绍了作者近年来在多光谱图像压缩编码领域的主要研究工作和成果,重点对基于小波变换的三维嵌入编码技术进行了深入的理论分析和应用研究。本文的主要创新性成果如下: 1.提出了一种基于四叉树优化的SPECK零块编码算法。该算法通过分析零块中各子块上下文关系,减少了零块编码中重要块和系数四叉树分裂的比特输出。利用新的链表生成和不重要集合排序策略,避免了零块的复杂排序。实验表明,改进后的算法有效提高了图像编码性能和运算效率。 2.提出了一种基于Karhunen-Loeve变换和小波变换的三维零块(KLT/WT-3DSPECK)多光谱图像编码算法。该算法对多光谱图像的空间域和频谱域分别采用二维小波变换和KL变换,并利用改进的三维零块算法对变换后的子带系数进行编码。实验结果表明该算法明显优于KLT/WT-3DSPIHT、AT-3DSPIHT和3DSPECK等算法,同时该算法还支持图像的渐进传输。 3.提出了一种基于非对称小波变换的三维零块分裂算法(AT-3DSPECK)。该算法对多光谱图像的谱方向采用小波包变换,并根据变换后系数能量分布特点,设计了新的三维零块分裂和三维Octave子带分裂方法。通过采用零块优化排序的快速算法,进一步提高了编码速度。实验结果显示,AT-3DSPECK不仅编码性能明显优于AT-3DSPIHT等算法,而且编码速度也提高两倍左右。 4.提出了一种基于快速无损掩码变换的任意形状ROI零块编码算法(AT-3DSPECK-ROI),该算法采用提升步骤生成无损ROI形状掩码,通过对ROI系数的比特面提升,实现ROI区域的优先编码。结果表明,AT-3DSPECK-ROI算法的编码性能优于AT-3DSPIHT-ROI、3DSPIHT-ROI和JPEG2000-ROI等算法。 5.提出了一种基于形状自适应提升小波变换和三维零块编码的面向对象编码算法(OB-3DSPECK)。该算法仅对对象区域内的像素应用形状自适应提升小波变换,变换后的系数个数与原始图像中对象区域的像素个数相同,避免了滤波变换中复杂的边界扩展和卷积计算,通过分析形状掩码图像中无效系数的位置,取消了对象区域外无效块或系数的符号输出,实现了比OB-SPECK更高的编码性能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-24
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 多光谱成像技术的发展  13-15
  1.3 多光谱压缩编码技术研究概况  15-20
    1.3.1 二维图像编码技术概况  15-18
    1.3.2 三维多光谱图像编码技术概况  18-19
    1.3.3 三维图像的ROI编码  19-20
  1.4 论文安排与主要成果  20-24
    1.4.1 本文研究内容和结构安排  20-22
    1.4.2 主要研究成果  22-24
第二章小波变换基础  24-36
  2.1 子带编码  24-27
  2.2 小波变换  27-34
    2.2.1 小波变换理论  27-30
    2.2.2 多分辨率分析与Mallat算法  30-33
    2.2.3 Mallat算法实现双正交小波变换  33-34
  2.3 图像小波分解  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章零树和零块嵌入编码算法  36-55
  3.1 引言  36
  3.2 比特面嵌入编码  36-40
    3.2.1 编码原理  37-39
    3.2.2 比特面编码基本框架  39-40
  3.3 零树算法  40-42
    3.3.1 零树预测  40-41
    3.3.2 用零树结构编码重要图  41-42
    3.3.3 逐次逼近量化(Successive-Approximation Quantization，SAQ)  42
  3.4 SPIHT算法  42-46
    3.4.1 分层树集合分裂排序结构  43-44
    3.4.2 编码实现算法  44-46
  3.5 零块算法  46-54
    3.5.1 SPECK算法  46-49
    3.5.2 改进的SPECK算法  49-52
    3.5.3 实验结果与分析  52-54
  3.6 本章小结  54-55
第四章基于Karhunen-Loeve和小波变换的多光谱图像三维集合嵌入零块编码压缩算法  55-68
  4.1 引言  55-56
  4.2 Kathunen-Loeve变换  56-59
  4.3 多光谱图像的空间小波变换和谱间的KLT去相关  59-61
  4.4 KLT/WT-3DSPIHT算法  61-62
  4.5 本文的KLT/WT-3DSPECK算法  62-64
  4.6 实验结果与分析  64-67
  4.7 本章小结  67-68
第五章多光谱图像三维小波变换编码  68-86
  5.1 引言  68-69
  5.2 对称三维小波变换编码  69-73
    5.2.1 三维小波变换  69-70
    5.2.2 3DSPIHT编码算法  70-71
    5.2.3 3DSPECK编码算法  71-73
  5.3 非对称三维小波变换编码  73-81
    5.3.1 非对称的三维小波变换  73-74
    5.3.2 AT-3DSPIHT编码算法  74
    5.3.3 本文提出的AT-3DSPECK编码算法  74-79
    5.3.4 改进的适合复杂图像纹理的BE-3DSPIHT算法  79-81
  5.4 实验结果与分析  81-85
  5.5 本章小结  85-86
第六章多光谱图像完全可逆三维小波变换编码  86-94
  6.1 完全可逆小波变换图像编码  86-87
  6.2 小波变换中的子带加权  87-91
    6.2.1 基于提升的小波变换  87-89
    6.2.2 无损编码中的子带加权  89-90
    6.2.3 三维可逆小波变换中的子带加权  90-91
  6.3 实验结果与分析  91-93
    6.3.1 完全可逆的无损编码  92-93
    6.3.2 完全可逆的有损编码  93
  6.4 本章小结  93-94
第七章多光谱图像任意形状ROI编码  94-117
  7.1 三维小波ROI编码  94-104
    7.1.1 ROI掩码  95-96
    7.1.2 任意形状ROI掩码快速无损实现  96-97
    7.1.3 ROI编码中的比特面提升  97-98
    7.1.4 三维零块ROI编码算法  98-99
    7.1.5 实验结果与分析  99-104
  7.2 基于对象的ROI三维图像形状自适应小波编码  104-115
    7.2.1 面向对象的编码  104
    7.2.2 形状自适应变换  104-108
    7.2.3 基于提升的SA-DWT  108-109
    7.2.4 对象掩码的快速变换  109-110
    7.2.5 改进的OB-SPECK算法  110-111
    7.2.6 三维图像的形状自适应编码  111-112
    7.2.7 实验结果与分析  112-115
  7.4 本章小结  115-117
结束语  117-119
参考文献  119-132
致谢  132-134
攻读博士学位期间已发表的论文  134
攻读博士学位期间参加的科研项目  134-135

多光谱图像编码技术研究

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