[发明专利]基于特征配准的速率受限的遥感图像传输系统

说明书

技术领域

本发明提供了一种基于特征配准的速率受限的遥感图像传输系统，属于无线通信与数字图像处理的交叉技术领域。本发明特别涉及一种通过引入先验信息/基准信息，并采用图像特征配准技术，为海量遥感图像数据提供速率受限信道下高性能传输服务的通信系统及其相应的通信方法。

背景技术

二十世纪以来，遥感技术得到了快速而深入的发展，并在地理信息、资源勘探、天气监测、军事情报、救灾抢险等诸多方面得到了重要的应用。数十年内，遥感图像采集能力不断提升：由灰度图像到全彩色图像，再到多光谱图像；图像分辨率由米级到分米级，再到厘米级；量化精度由8比特到11比特，并有进一步扩展的趋势。

不断提升的遥感图像采集能力，带来的是不断膨胀的遥感图像数据量，以及对星地传输链路所构成的巨大压力。以我国于2012年发射升空的资源三号遥感测绘卫星为例，该卫星具有4部米级分辨率的相机，每天传输数据量约1790GB，空天数传链路码率约为900Mbps。对于军事领域及其他特殊领域的遥感应用，厘米级遥感图像的数据规模将是上述数据量的10⁴倍，而空天数传链路码率不可能获得同等幅度的扩展。因此，在速率受限信道下进行高性能海量遥感图像数据传输，是未来遥感技术发展与应用所必须解决的基础问题。

为实现有限通信速率下的海量数据传输，当前的遥感应用系统采用图像压缩方法减少实际需要传输的数据规模。遥感系统常用的数据压缩方法有基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transform,DCT）的JPEG通用图像压缩标准以及基于离散小波变换（Discrete Wavelet Transform,DWT）的JPEG2000通用图像压缩标准。JPEG及JPEG2000作为通用图像压缩标准，针对自然图像具有较为理想的压缩性能。但是，由于遥感应用对于遥感图像的失真度具有严格限制，通常仅能使用低压缩率（2:1到8:1之间）的JPEG/JPEG2000实现方案以保证遥感图像的还原可信度；对于军事情报等特殊应用场合，需要进一步使用无损JPEG/JPEG2000实现方案，所能够获得的压缩率更为有限。

与此同时，迅猛增长的遥感数据正在对空天传输链路构成前所未有压力，而由于发射机功率、星地链路条件等实际因素的限制，星地传输链路所能够支持的数据传输速率难以以相同的速度增长。因此，如何在有限的星地链路数据传输能力条件下，实现海量遥感数据的高性能传输，是未来遥感技术发展需要解决的具有基础意义的重要问题。

针对迅猛增长的遥感数据规模与有限的数据压缩和星地链路传输能力之间的矛盾，本发明提出了一种基于特征配准的速率受限的遥感图像传输系统。本发明将数字图像处理技术引入无线通信领域，发掘并利用相同目标区域遥感数据信息在时间维度上的相关性，采用基于特征的图像配准技术，将现有的通用图像压缩编码传输方案转化为有先验信息的图像编码传输方案，通过提取增量信息及变换参数，大幅降低实际需要传输的数据量。同已有遥感数传系统相比，本发明将先验信息引入通信过程，通过将无线通信与数字图像处理技术相结合，利用计算、存储能力换取通信能力，在满足遥感数据失真度要求的前提下，能够在速率受限的传输信道上大幅度提升系统对遥感数据的实际传输能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于特征配准的受限速率遥感图像传输系统及通信方法。该系统针对遥感信息数据规模迅速增加的实际问题，使用数字图像处理方法，利用先验信息及遥感图像的时间相关特性，提供速率受限信道下的高性能海量遥感图像传输服务。

基于特征配准的传输速率受限的遥感图像传输系统，其特征在于，是在一个由遥感用航天器、传输速率受限的空天传输链路以及遥感用地面控制站共同构成的基于先验信息的遥感图像传输系统，其中：

遥感用航天器，其中的中央控制计算机内，设置有：至少一组遥感图像采集设备、至少一个基于特征的遥感图像配准单元、至少一个基于特征配准信息的低速率遥感图像编码单元以及控制器，还连接着至少一个第一先验信息数据库，其中：