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高保真遥感图象压缩与分辨率增强联合处理研究

作　者: 季玲玲
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: 遥感图象 JPEG2000标准高保真压缩分辨率增强 ADV202
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

日益增长的海量遥感数据为遥感图象的存储、传输及其广泛应用带来了极大的挑战,对其进行有效的数据压缩越发显得迫切和重要。然而,大多数压缩算法都一味追求高的客观质量(如信噪比)或主观质量,而忽略了遥感图象特殊的应用背景。在以信噪比为评价准则下,大多压缩算法一味倾向于舍弃高频信息的做法,易导致恢复图象分辨率的下降,这对具有丰富高频信息且应用背景特殊的遥感图象来说是很不利的。而结合压缩与后期应用目的的联合处理技术可有效避免上述算法的弊端,更好地满足遥感图象的特殊压缩要求。因此,研究适合于遥感图象的高保真压缩与分辨率增强的联合处理算法具有重要的理论意义和应用价值。JPEG2000作为最新静止图象压缩标准为遥感图象的压缩提供了新的解决途径,其所具有的优良率失真性能在一定程度上保证了压缩质量,然而JPEG2000对于遥感图象压缩也存在一定的局限性,有必要根据遥感图象自身特点及其特殊的应用背景有针对性地对其进行优化。因此,本文基于JPEG2000,主要研究高保真遥感图象压缩与分辨率增强的联合处理技术,并在理论指导下,对基于JPEG2000的遥感图象压缩系统进行了硬件设计与实现。首先,深入研究了JPEG2000基本原理和编码特性,并针对遥感图象的特点及其应用背景,与传统压缩方法进行了实验比较。在此基础上,从理论和实验两方面分析了JPEG2000在压缩过程中对图象分辨率信息的损失情况,由实验结果可知,即使是具有较高保真性能的JPEG2000在压缩的过程中也会导致图象分辨率的下降。其次,针对JPEG2000倾向于舍弃高频信息,导致恢复图象分辨率下降的问题,提出了基于JPEG2000的高保真遥感图象压缩与分辨率增强的联合处理算法。该算法充分利用了JPEG2000中小波变换的多分辨率分解和时频局部化分析特性,在小波变换后嵌入信息检测算法,在小波域提取出不同分辨率的重要信息,并在压缩的过程中对检测出的重要信息进行优先保存,从而实现高保真压缩与分辨率增强的联合处理。实验证明,该算法不仅能使重要信息丰富的区域得到高保真压缩,16倍压缩时可获得至少2dB的提高,同时有效增强了恢复图象的分辨率,从边缘检测的应用效果来看,本文算法获得的边缘检测率比Part 1推荐算法和Jasper算法的都更高,且对于不同压缩比,其检测率始终保持在90%以上,检测出的边缘连续性也更好。最后,在理论研究成果的指导下,结合小型化、集成化、多层次硬件和软件模块的设计思想,在基于专用芯片ADV202+DSP+FPGA的硬件平台上设计实现了遥感图象压缩系统。测试结果表明,该系统的压缩图象质量良好,能满足各项设计指标,且系统性能稳定、集成度较高、功能可扩展,为JPEG2000在星载遥感图象压缩中的实际应用提供了一定的新思路,具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景及研究的目的意义  9-10
  1.2 遥感图象压缩技术的研究现状  10-15
    1.2.1 遥感图象的特点和压缩要求  10-11
    1.2.2 国内外遥感图象压缩技术的进展和趋势  11-14
    1.2.3 JPEG2000 在遥感图象压缩中的应用现状  14-15
  1.3 压缩与分辨率增强联合处理的研究现状  15-17
  1.4 论文的主要研究内容及结构安排  17-19
    1.4.1 主要研究内容  17-18
    1.4.2 论文结构安排  18-19
第2章 JPEG2000 理论研究及其分辨率损失分析  19-39
  2.1 JPEG2000 标准基本原理  19-29
    2.1.1 预处理  19-20
    2.1.2 离散小波变换  20-24
    2.1.3 量化  24
    2.1.4 最优截断的嵌入式块编码EBCOT  24-29
  2.2 JPEG2000 编码适用于遥感图象压缩的实验分析  29-32
  2.3 压缩过程中分辨率信息损失情况的分析  32-38
    2.3.1 分辨率下降对恢复图象影响的实验分析  33
    2.3.2 JPEG2000 中分辨率下降的理论分析  33-35
    2.3.3 JPEG2000 中分辨率下降的实验分析  35-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章高保真遥感图象压缩及分辨率增强联合处理  39-61
  3.1 压缩与分辨率增强联合处理的方案设计  39-40
  3.2 多分辨率信息检测  40-48
    3.2.1 传统的边缘检测算子  41-42
    3.2.2 图象的小波特性  42-43
    3.2.3 基于小波变换检测图象边缘的原理  43-45
    3.2.4 多分辨率边缘检测方法  45-46
    3.2.5 多分辨率边缘检测方法的性能分析  46-48
  3.3 多分辨率信息保存  48-50
    3.3.1 子带加权保存  48-49
    3.3.2 通道加权保存  49-50
  3.4 压缩与分辨率增强联合处理的算法实现  50-54
  3.5 实验结果与分析  54-60
  3.6 本章小结  60-61
第4章遥感图象压缩系统的硬件实现  61-78
  4.1 遥感图象压缩系统的性能指标  61
  4.2 遥感图象压缩系统总体设计  61-66
    4.2.1 功能模块设计  62-63
    4.2.2 硬件设计  63-66
    4.2.3 软件设计  66
  4.3 遥感图象压缩系统的优化设计与实现  66-75
    4.3.1 编码系统的优化设计与具体实现  67-72
    4.3.2 解码系统的优化设计与具体实现  72-75
  4.4 系统试验结果与分析  75-77
  4.5 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-85
攻读学位期间发表的学术论文  85-87
致谢  87

高保真遥感图象压缩与分辨率增强联合处理研究

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