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《中国科学技术大学》 2012年
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超光谱遥感图像压缩技术研究

霍承富  
【摘要】:超光谱遥感数据由同一地物对不同波段电磁波反射成像而得,通常包含成百上千幅波段图像,具有丰富的光谱信息,是对地观测的重要信息来源,在环境监控、资源勘测和军事侦察等方面有着广泛的应用。然而,超光谱遥感图像数据海量,给信息的传输和存储造成很大的负担,因此有必要进行压缩处理,以提高传输和存储效率、降低应用成本。 本文针对超光谱遥感图像的空间结构相关性和谱间结构相似性,研究探讨了基于预测、多尺度变换和字典学习稀疏表示的有效压缩算法,并且初步探索了对压缩感知获取的超光谱遥感数据进行后续压缩的可行性,主要工作包括: (1)分析了超光谱遥感图像的空间和谱间统计特性,为设计有效的压缩算法提供依据,使得研究更具针对性。 (2)针对超光谱遥感图像多波段特性,设计了树形搜索模型以筛选最优预测波段,实现与波段重排序等价的效果,从而提高预测精度。此外,提出了分组预测、加权求解的波段图像估算方式,以简化算法复杂度。分析表明,基于该搜索模型的多波段预测压缩算法具有较佳的综合性能。 (3)结合遥感图像的结构特征、离散小波变换(Discrete Wavelet Transform, DWT)和方向滤波(Directional Filter Bank, DFB),设计了DWT-DFB自适应变换方法:首先,构建描述遥感图像傅里叶变换系数分布的二叉树;然后,依据二叉树的高度进行DWT尺度变换,依据二叉树的节点分布进行DFB方向分解。实验结果表明,DWT-DFB变换方法能够提高非线性逼近性能,从而实现用更少的变换系数重构图像、减少存储数据量。 (4)根据超光谱遥感图像谱间结构相似性,提出了字典学习稀疏表示超光谱遥感图像压缩方法:首先,采用K-SVD算法训练单幅波段图像以获取字典;然后,定义联合稀疏编码目标函数求解其余波段图像的稀疏解,以减少需要编码的附加信息;最后,量化和熵编码稀疏解非0元素值。实验结果表明,相比于3D-SPIHT超光谱图像压缩方法,字典学习稀疏表示压缩方法在低码率时压缩性能有着明显的改善,并且能够确保重构图像具有更精确的地物分类结果。 (5)根据压缩感知(Compressed Sensing, CS)获取的超光谱遥感数据波段之间的相关性,提出了基于最小二乘准则的谱间预测压缩算法以实现CS超光谱遥感数据的后续压缩,从而进一步减少数据量、提高传输效率。此外,鉴于波段图像稀疏解非0元素位置索引具有一致性,设计了能够权衡复杂度和重构质量的CS重构算法。实验结果表明,采用谱间预测能够明显提高CS超光谱遥感数据的压缩效率,设计的CS重构算法可以在保持较高重构质量的同时有效地减少计算量。 综上所述可知,本文针对超光谱遥感图像多波段的特性,结合预测、多尺度变换、字典学习稀疏表示和CS理论,提出了多种压缩算法。实验结果表明,各压缩算法具有良好的性能,能够作为提高海量超光谱遥感数据传输和存储效率的有效途径。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP751

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 唐亮;压缩感知及其在超宽带无线传感器网络中的应用研究[D];北京邮电大学;2011年
7 石磊;压缩感知在超宽带信道估计中的应用研究[D];北京邮电大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 吴立彬;矢量量化技术及其在超光谱图像中的应用研究[D];重庆邮电大学;2012年
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8 王娟;遥感图像压缩编码器结构研究与重要电路模块实现[D];西安电子科技大学;2012年
9 秦铭爽;遥感图像的分布式信源编码技术研究[D];辽宁师范大学;2011年
10 邱云辉;遥感图像压缩编码器总体结构研究与实现[D];西安电子科技大学;2012年
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