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《哈尔滨工程大学》 2009年
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基于小波变换的雷达图像压缩技术研究

王仁龙  
【摘要】: 由于雷达图像与视频信号不同,它要求15秒采集一幅图像,而不是像视频要求每秒25帧左右,所以雷达图像处理可视为静态图像处理。但是雷达图像作为航行数据记录仪(VDR)的重要组成部分,对图像质量的要求较高,不是主观看看就可以的,还有专门的客观评判标准;所以为了满足既有好的压缩比,又要保持高质量,压缩算法很关键。 雷达图像分辨率高、信息量大,压缩技术不仅要求大压缩比和低失真度,特别要求可靠性高。在综合比较了国内外各种压缩算法、编码标准的基础上,针对目前几种小波算法,在编码过程中存在占用内存大、硬件实现难的问题,本文提出了基于块位长的小波编码算法作为雷达图像的压缩方法。 首先基于人眼视觉特性,分析了目前的静态彩色图像的分量组合格式。通过了解三基色原理和静态彩色图像的分量组合格式,分析了常规图像需要的分量变换,针对雷达图像提出了不进行RGB到YCbCr的格式转换,不进行电平移位。 接着研究了小波变换的理论基础,并结合信号处理知识对小波分析理论进行了系统的介绍和分析。文中先从Fourier变换引入小波,介绍小波变换和多分辨率分析,在多分辨分析框架的基础上,结合实际的数字信号处理,推导出Mallat算法。最后简述提升算法的基本原理,并给出了传统小波的提升实现;针对硬件实现选用LS(9,7)小波,并对其进行了改进。 然后研究目前几种典型的基于小波变换的图像编码方法,分别是EZW、SPIHT和SPECK算法。通过对这三种编码算法的编码过程、原理的深入研究,探寻基于小波变换的图像编码的基本原理,最后针对SPECK算法的几点不足之处,结合SPIHT算法对SPECK算法进行了改进;改进算法给出了S集合块和I集合块的具体实现方式和分裂方式,这为编码实现提供了基础;在不继续增加熵编码的情况下,改进算法具有和SPECK原算法一致的编码性能,但是去掉了复杂的嵌套函数,编码方式简单明了;量化细化时,去掉了LIS链表再排序过程,加快了编码速度。 针对当前的几种小波编码算法存在的不足之处,提出了两种基于块位长的小波编码算法。一种是基于块位长的无链表嵌入零块小波编码算法,另一种是基于块位长的无链表小波分块编码算法。这俩种算法都具有很高的信噪比。针对具体的硬件实现,考虑在编码过程中的内存占有量和所占用的时间,基于块位长的无链表小波分块编码算法具有更强的优势,所以在雷达压缩系统中采用基于块位长的无链表小波分块编码算法。 最后给出了雷达图像压缩系统的硬件实现平台,详细说明了其工作原理,介绍了主芯片,说明了小波编码算法在硬件平台上的实现;接着给出了上位机测试程序,包括具体程序流程、上位机测试程序的主界面和配置参数界面;最后根据中国船级社颁发的《船载航行数据记录仪检验指南》中有关雷达图像压缩技术的国际测试标准,对雷达图像压缩系统进行测试,测试结果表明该系统完全达到了国际标准,并且长时间运行稳定可靠。
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