基于視覺感知約束的遙感圖像壓縮算法分析

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1、-------獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到，本聲明的法律結果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢

2、索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在_____年解密后適用本授權書。本論文屬于 不保密□。（請在以上方框內打“√”）學位論文作者簽名：指導教師簽名：日期：年月日日期：年月日-----------1緒論1.1研究背景和意義遙感是二十世紀六十年代發(fā)展起來的新興綜合科學技術，它與空間、電子、光學、計算機、地質等科學密切相關，是現(xiàn)代科學技術的一個重要組成部分。從理論上遙感有如下定義：遙感是不直接接觸有關目標物或現(xiàn)象而能收集信息，并能對其進行識別、分類、判讀和分析的一種技術[1,2]。衛(wèi)星遙感圖像已經(jīng)成為大尺度下觀測地面情況的重要手段，

3、在軍事和民用方面均得到了成熟的應用，并產生了重大的社會和經(jīng)濟效益。同時遙感技術的發(fā)展，使遙感信息的空間分辨率、譜間分辨率不斷提高，隨之而來的是單位時間內所采集到的數(shù)據(jù)量亦急劇增長(像素分辨率每提高1倍，數(shù)據(jù)量將增加3倍)，如高分辨率成像光譜儀HIRIS要獲取地面分辨率為30米的192個譜段數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸率達到280Mbps，美國DoD/NASA繼LANDSAT-7后發(fā)射的高級陸地遙感衛(wèi)星(ALRS)將要獲取2.5米的地面分辨率，預計將達到389Mpixel/s，若按8bit/pixel計算,總的碼率將達到3000Mbps。焦平面技術和推掃技術將使多光譜成像儀產

4、生的數(shù)據(jù)量達到數(shù)Gbps，與此同時，可以利用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸信道只有300Mbps，數(shù)據(jù)的采集速率已遠遠超過傳輸信道可用的速率。即使采用先進的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸信道(600Mbps)，平均壓縮比也要14:1，這就要求在下傳數(shù)據(jù)之前采用有效的方法對其進行壓縮[3]。早期的圖像壓縮算法是基于DCT變換的，在較低碼率時會出現(xiàn)嚴重的方塊效應，難以滿足高分辨率衛(wèi)星圖像所需大壓縮比的要求，無法保證圖像的保真度。小波理論的引入，使圖像壓縮產生了一場革命性的變化。在“十五”期間，對16倍定比壓縮的遙感圖像壓縮算法進行了研究，這些算法在壓縮高分辨率和紋理豐富的遙感圖像時，重建圖像將會產

5、生嚴重的振鈴效應。另外，不同區(qū)域的圖像，其紋理細節(jié)會有所不同，而其“壓縮難度”也是不同的，即在同樣保真度下，某些區(qū)域只需少量的比特，而某些區(qū)域則需大量的比特才能達到。如果壓縮算法具有可變壓縮比特性，則可以在不同區(qū)域給定不同的壓縮比，可保持整體圖像的高保真度，同時滿足信道-----------1-----------傳輸?shù)膸捪拗茥l件。因為近無損壓縮技術最大只能提供約10:1的壓縮比，這么高的數(shù)據(jù)下傳碼率，遠遠超出了目前衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸信道300Mbps的傳送能力。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數(shù)據(jù)碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨

6、率遙感圖像數(shù)據(jù)的實時、大壓縮比、高保真的壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。1.1圖像壓縮基礎1.2.1圖像壓縮的可能性圖像數(shù)據(jù)有極強的相關性，即圖像信息有大量的冗余信息[4]。這是圖像壓縮技術賴以發(fā)展的基礎。人們追求的目標就是最大限度的利用這種冗余信息，盡量減少表示圖像時所需的數(shù)據(jù)來進行圖像壓縮。數(shù)據(jù)是用來表示信息的,如果不同的方法為表示給定量的信息使用了不同的數(shù)據(jù)量，那么使用較多數(shù)據(jù)量的方法中，有些數(shù)據(jù)必然是代表了無用的信息，或者是重復的表示了其他數(shù)據(jù)已經(jīng)表示了的信息,這就是數(shù)據(jù)冗余的概念，它是數(shù)據(jù)壓縮中的關鍵。在數(shù)字圖像壓縮中，有三種基本的數(shù)據(jù)冗余：1

7、.像素間冗余；2.編碼冗余；3.心里視覺冗余。如果能夠減少或者消除其中的一種或者多種冗余，就能取得數(shù)據(jù)壓縮的效果。l空間冗余在圖像中，空間冗余又稱為像素間冗余或者幾何冗余。在絕大多數(shù)的圖像數(shù)據(jù)中，相鄰像素（無論是行或列方向）之間都具有很大的相關性，每個獨立的像素所攜帶的信息相對較少。換句話說，單個像素由于常能由鄰近像素的值推斷出來，所以其對圖像的視覺貢獻是有很多冗余的。l編碼冗余編碼冗余也即信息熵冗余，信息熵定義為=-?K-1(1-1) Hplogpi2i i=0-----------式中，K為碼元的個數(shù)，p為第i個碼元發(fā)生的概率。熵表示了圖像的信息量，i2-

8、----------熵的大小與信源的概