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面向星载应用的高保真遥感图象压缩核关键技术研究

作　者: 陶宇
导　师: 张晔
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 遥感图像 JPEG2000算法星载系统 ADV202
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

卫星遥感图象数据分辨率高、数据量大，受星载存储器的存储空间有限以及卫星过顶时间短等因素限制，海量的遥感数据的处理及存储是必须面对的一个问题。星载遥感图像压缩系统不同于一般地面压缩系统。对于星载遥感图象压缩系统而言，需要考虑多种特殊因素，如体积、功耗、压缩速度以及压缩质量等等。因此根据星载环境的特点以及遥感图像的特性，研究适合于星载遥感图像的压缩算法并对其进行改进使其适用于星载系统，具有重要的理论意义和实际应用价值。JPEG2000是现今优秀的图象压缩算法，在遥感数据压缩领域起到了非常重要的作用。但是由于其是针对普通图像压缩所提出的，因此当应用在遥感图像压缩时会产生不可避免的问题。对JPEG2000算法进行改进使之适用于遥感图像这类特殊数据显得尤为必要。因此本课题主要在JPEG200图像压缩算法的基础上对其进行分析改进并实现了一个基于JPEG2000的遥感图像压缩核。首先，星载遥感图象压缩系统与地面图像压缩系统比较存在很大差异。压缩系统自身的体积、功耗及处理速度等必须适应星载的特殊需求。研究高效且适用于遥感图像的压缩算法，将其作为后续研究的理论基础。从算法与实践结合的角度分析了遥感图像及JPEG2000的特性，对于后续的算法改进及实现起着理论指导作用。其次针对星载遥感图象压缩系统要求压缩速度快质量高的特点，提出了基于不同地物场景的高保真遥感图象快速压缩技术。在常规观测任务中，用户最为关注的是地面接收到的图象数据能否完整的表达观测目标信息，尤其是标志性的细节特征，以满足量化分析及应用需求。不同的观测对象在图象上具有不同的特征体现，为更好地满足后续应用的需求，需要针对不同的地物场景研究差异化的压缩模式，形成可重构参数集。同时研究适合大幅宽遥感图像的全局码率分配技术以及等通路数截断技术，并进行了算法软件实现。最后本文在理论研究的基础上，进行了遥感图象海量数据压缩并行结构设计及压缩核的实现。由于遥感图象数据量巨大，而遥感图象数据的存储及下传受星载数据存储器容量与有限下传的带宽的限制，因此需要对传感器采集到的遥感图象数据进行压缩，以达到减小数据量便于存储传输的目的。受软硬件条件限制，单个压缩核每秒所能压缩处理的图象数据量是有限的，因此需要根据星载压缩系统的相关参数，讨论计算所需压缩核数量以及压缩核并行结构的合理性，快速有效分配待压缩的图象数据，研究遥感图象海量数据的压缩处理技术。设计并实现一个基于ADV202的星载遥感图象压缩核，围绕ADV202以及FPGA的配置、接口等模块进行阐述，并设计了一个利用Qt平台开发的上位机软件，实现了上位机电脑与压缩核之间的数据通信。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 遥感图象数据压缩技术发展与应用  11-15
    1.2.1 遥感数据特点与压缩要求  11-12
    1.2.2 星载遥感图象压缩算法的发展  12-14
    1.2.3 JPEG2000 在遥感数据压缩中的应用  14-15
  1.3 论文主要研究内容和结构安排  15-17
第2章星载遥感图象压缩系统相关理论研究  17-34
  2.1 星载条件下对遥感图象压缩系统的要求  17-19
    2.1.1 小卫星简介  17-18
    2.1.2 压缩系统相关参数计算  18-19
  2.2 JPEG2000 算法基本原理  19-22
    2.2.1 预处理  20
    2.2.2 离散小波变换  20-21
    2.2.3 量化  21
    2.2.4 编码  21-22
  2.3 遥感图像及 JPEG2000 特性分析  22-32
    2.3.1 不同地物场景遥感图像特性分析  22-28
    2.3.2 JPEG2000 算法对于遥感图像的适用性分析  28-32
  2.4 本章小结  32-34
第3章基于不同地物场景的高保真遥感图象快速压缩技术  34-51
  3.1 可重构最优压缩参数集构造  34-40
    3.1.1 图像片大小参数的选择  35-37
    3.1.2 编码块大小参数的选择  37-38
    3.1.3 小波变换层数的选择  38-40
  3.2 全局码率分配技术  40-44
    3.2.1 全局码率分配算法  40-41
    3.2.2 实验及结果  41-44
  3.3 基于等通路数截断的 JPEG2000 改进算法  44-50
    3.3.1 JPEG2000 码率控制算法  44-45
    3.3.2 基于等通路数截断的压缩算法  45-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章遥感图象海量数据压缩并行结构设计及压缩核的实现  51-65
  4.1 系统设计  51-53
    4.1.1 系统压缩核并行结构设计  51-52
    4.1.2 系统工作流程  52-53
  4.2 压缩核总体设计  53-55
    4.2.1 硬件设计  53-55
    4.2.2 软件设计  55
  4.3 压缩核具体设计及实现  55-60
    4.3.1 遥感图像压缩核的实现  55-59
    4.3.2 电脑端软件的实现  59-60
  4.4 实验分析  60-63
  4.5 本章小结  63-65
结论  65-66
参考文献  66-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

面向星载应用的高保真遥感图象压缩核关键技术研究

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