[发明专利]一种高光谱图像压缩与重构装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感图像压缩领域，尤其是涉及一种高光谱图像压缩与重构装置及方法。

背景技术

遥感高光谱图像是通过成像光谱仪对同一地物在数百个谱段(光谱分辨率通常为10^-2波长)上成像获取的具有空间信息和光谱信息的三维数据。获取的数据能够提高丰富的地物细节，被广泛应用于资源勘探、军事侦察和环境保护等领域。随着成像光谱仪的光谱分辨率指标不断提高，导致高光谱图像数据量急剧增加，现有星载存储器容量有限，卫星信道带宽受限，无法适应高光谱遥感图像的海量数据。因此，必须要对高光谱遥感图像进行压缩。

高光谱图像数据具有三种冗余：谱段间冗余、谱段内空间冗余以及数据间符合冗余。因此，高光谱图像压缩的目的就是消除这三种冗余。目前，高光谱遥感图像压缩多采用基于预测、变换和矢量量化的方法，如3D SPIHT、JPEG2000等。然而这些方法的编码器计算量大、编码复杂度高、硬件实现十分复杂，且占用大量资源。对于星上高光谱遥感图像而言，图像压缩部分在星上完成，而解压缩部分在地面完成的，而星上压缩器的处理能力、存储能力以及资源供应均十分有限。因此，星上的高光谱图像压缩需要在保证效率高和容错能力强的前提下具有低的编码复杂度。

发明内容

本发明要解决现有技术中的如何权衡高光谱压缩算法压缩性能和实现复杂度，以适合于高光谱图像的压缩的技术问题，提供一种在编码端不需要考虑消除谱段冗余的复杂计算，而将其转移到解码端进行，即采用了分布式信源编码策略，将CCSDS-IDC压缩算法完美地融合到分布式信源编码中，编码器运算简单，易于硬件处理器FPGA、DSP等实现的，高光谱图像压缩与重构装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

高光谱图像压缩与重构装置，包括：

1#3级二维9/7整数离散提升小波变换、1#CCSDS-IDC位平面编码器、1#格雷码转换、1#一阶线性滤波器、2#3级二维9/7整数离散提升小波变换、2#CCSDS-IDC位平面编码器、2#格雷码转换、压缩码率评估、基于LDPC的Slepian-Wolf编码器、3#3级二维9/7整数离散提升小波变换、3#CCSDS-IDC位平面编码器、自然二进制码转换、1#CCSDS-IDC位平面解码器、基于LDPC的Slepian-Wolf解码器、1#3级二维9/7整数离散提升小波反变换、4#CCSDS-IDC位平面编码器、3#格雷码转换、4#3级二维9/7整数离散提升小波变换、2#一阶线性滤波器、2#CCSDS-IDC位平面解码器、2#3级二维9/7整数离散提升小波反变换；

当前编码谱段X_i为1#3级二维9/7整数离散提升小波变换得到1个低频子带LL和9个高频子带HL1,HL2,HL3,LH1,LH2,LH3,HH1,HH1,HH1；

小波子带系数可以经1#CCSDS-IDC位平面编码器组织成为若干段，然后以段为单位独立编码，同时对DC系数初始化、段头信息、AC系数比特深度编码，并提取AC系数和剩余DC系数位平面；

AC系数和剩余DC系数位平面使用基于LDPC的Slepian-Wolf编码器进行编码，得到Syndromes信息；

参考谱段X_i-1为3#3级二维9/7整数离散提升小波变换和3#CCSDS-IDC位平面编码器进行编码直接输入到解码器中以得到Side信息；

解码器可以根据Syndromes信息和参考谱段码流进行解码，得到最终的重构图像；

3#3级二维9/7整数离散提升小波变换和3#CCSDS-IDC位平面编码器用来编码关键谱段，以使解码端和编码谱段进行联合解码；

一阶线性滤波器用来根据X_i-1预测出Xi的近似值X′_i，X′_i进行编码后对待编码谱段X_i进行Slepian-Wolf编码器时压缩码率评估；

1#格雷码转换、2#格雷码转换、3#格雷码转换是将DC系数剩余位平面对应的小波系数由二进制表示转为格雷码表示，以提高经Slepian-Wolf编码器的可靠性；

1#自然二进制码转换可将重构的DC系数由格雷码表示转换为二进制码表示。

在上述技术方案中，小波子带系数经1#CCSDS-IDC位平面编码器组织成为若干段，然后以段为单位独立编码，其中每个段由16个块组成，每块由1个DC系数和63个AC系数组成。

高光谱图像压缩与重构方法，包括以下步骤：