[发明专利]一种适用于无人机序列图像的压缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术，特别是涉及一种适用于无人机序列图像的压缩方法。

背景技术

随着成像技术的发展，无人机获取的图像分辨率不断提高，图像数据量急剧增大，而通信信道的带宽又是非常有限的，因此必须对获取的图像数据进行有效的实时压缩以大幅减少其数据量。另一方面，无人机飞行速度快，飞行高度较高，相对普通图像，无人机图像分辨率高，空间相关性较差，时间相关性与普通视频也明显不同。现有图像和视频压缩算法和系统在算法复杂度、压缩性能、压缩速度、响应时间、码流控制等方面或多或少有所欠缺，无法完全满足工程实践的需求，如当前使用的MJPEG2000算法(参考文献：ISO/IEC 15444-3 Motion-JPEG2000(JPEG2000 Part 3)，2002.)，其使用JPEG2000算法作帧内压缩，能获得较高的复原效果，但是由于没有去除帧间冗余，导致无法有效提高压缩比。而H.264压缩算法(参见文献：ITU Draft Recommendation H.264，ISO/IEC Draft InternationalStandard 14496-10.JVT-G050r1)中采用了多宏块划分模式估计、多参数帧估计等方法，虽然使其获得了很好的压缩效果，但是其算法复杂度太高，同时在码率控制上有不足，对无人机一类的图像并不适应。因此，研制专用的无人机序列图像压缩方法与实时实现装置具有重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂度低、压缩信噪比高、严格控制压缩码率的无人机序列图像压缩方法以及实现该方法的实时图像压缩装置。

一种适用于无人机序列图像的压缩方法，按照以下步骤进行：

步骤S1  利用机载辅助数据对序列帧图像划分帧组，每个帧组内的首帧与其它帧具有图像重叠区域；

步骤S2  每个帧组按照如下方式进行压缩：

S201分别计算当前帧与首帧和尾帧的重叠区域；

S202分别在首帧与当前帧的重叠区域，尾帧与当前帧的重叠区域中选取至少五个匹配块选择域，并在这些选择域中选取匹配块；

S203分别使用首帧和尾帧对应的匹配块在当前帧内作匹配运算，进一步求得首帧和尾帧各自到当前帧的投影变换矩阵，作为预测矩阵；

S204利用首帧、尾帧及其各自对应的预测矩阵估计得到当前帧的预测帧，求取当前帧与预测帧的残差；

S205按照步骤S201～S204求取帧组内首帧以外所有帧的残差；

S206将首帧与其它帧的残差图像拼接成一个单幅大图，采用JPEG2000标准对单幅大图做整体压缩。

本发明相对现有技术具有以下优点：

1.  利用机载数据划分帧组，利用H矩阵进行双向帧组预测编码，相对于现有算法提高了在提高运动估计的速度和运动补偿的精度，提高了编码效率，同时降低了计算复杂度；

2.帧组中采用首帧图像与当前帧的残差图像进行图像拼接进而应用JPEG2000做整体压缩，利用JPEG2000压缩标准中的PCRD-OPT算法，优化码流分布，严格控制压缩码率；

采用本发明，可用非常低的硬件成本实现高达1024×1024×100帧/秒的侦查图像的实时压缩，在32倍定比压缩的条件下峰值信噪比(PSNR)达到40dB以上，在压缩性能、处理速度和性价比等方面均优于现有无人机图像压缩系统。

附图说明

图1是压缩装置结构框图；

图2是压缩算法流程图；

图3是匹配块选择区域示意图，图3(a)为一种选择方式，图3(b)为另一种选择方式。

具体实施方式

为了更加清楚明白的阐述本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是无人机序列图像压缩装置的结构框图。

102，104为装置电路的输入输出接口，本装置设置为LVDS接口，通过其他接口设备，如带LVDS接口的PCI卡，可以实现与PC的连接，将采集到的无人机序列图像以及相应的机载辅助数据通过102发送至压缩板，通过现场可编程逻辑门阵列(FPGA)103的时序转换，实现数据与数字信号处理器(DSP)107的交互。亦可使压缩后的编码码流通过接口104回传到PC机或者其他设备。

DSP107获得数据之后，开始依照算法设定的顺序，逐步完成智能动态编码帧组划分、空频联合快速高精度运动估计和多模式H矩阵解算、基于H矩阵的双向帧组预测编码等操作，之后将帧组拼接图像通过FPGA103送至ADV202。