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基于小波变换的空间遥感图像实时压缩方法研究

柯丽  
【摘要】:实现空间遥感图像的实时压缩是卫星遥感技术急待解决的难题,目前国内外使用的压缩技术都没有达到真正性能最佳,因此研制出适合于空间遥感图像数据实时压缩的方法,具有重要理论意义和的实用价值。 遥感图像分辨率高、信息量大,码速率高,压缩技术不仅要求大压缩比和低失真度,特别要求实时性好,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,本文选用基于小波变换的图像压缩算法作为遥感图像的压缩方法基础。 首先研究了小波变换的理论基础,发现传统小波变换采用的是卷积运算,算法复杂,而且变换结果为浮点数,故采用提升方案弥补传统小波变换的不足。将小波变换用于图像压缩时,所选小波基性能好坏直接影响到小波变换速度和图像压缩结果。本文通过大量实验分析了小波基各项性质与图像压缩的关系,为小波基的选择提供依据,并选出双正交小波基(D5/3)用于遥感图像实时压缩。 然后在经典小波编码方法的基础上,针对SPIHT 编码算法压缩过程中存储量大、存在大量重复运算的缺点,提出一种改进的SPIHT 编码算法,即引入“最小阈值”、“最小输出位”解决存储量大的问题,采用“最大值表”解决重复运算的问题,降低了编码过程中的存储量需求和时间消耗。 最后根据图像小波变换的特点和统计分析,设计出一种新的适宜遥感图像的快速压缩方法。该方法将分解后图像的低频高频子带分别处理,低频子带采用DPCM(差分脉冲调制)方法进行无损压缩,保证图像主要信息不丢失,高频子带采用改进的SPIHT 编码方法提高压缩比。 实验证明,在压缩比相同的情况下,新的压缩方法在时间消耗和重构图像质量方面均优于经典方法,其中重构图像的PSNR 增加了2dB 以上,最高达10.10dB。压缩和解压缩时间提高了3 倍左右,而其重构图像的人眼视觉质量与传统方法相当。另外,该压缩方法运算过程中所需存储量小和算法简单的特点,适宜硬件实现,而且便于并行处理,如果用数字信号处理器(DSP)实现压缩算法,可进一步提高压缩速度,实现图像数据在高保真情况下的实时压缩。


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