[发明专利]一种水下声呐图像的压缩传输方法

说明书

本发明公开了一种水下声呐图像的压缩传输方法，所述压缩传输方法是基于稀疏小波变换的压缩感知，包括以下步骤：1)通过稀疏小波变换，将声呐图像进行稀疏表示，使原图像数据变成可用于压缩感知的稀疏信号；2)将稀疏信号投影到测量矩阵中，从而实现稀疏信号由高维度变换到低维度，实现了对图像的压缩；3)采用压缩感知的重构算法，即利用低维度的数据恢复高维度的数据，重构步骤1)产生的稀疏信号；4)对重构的稀疏信号，进行稀疏小波变换的逆变换，即实施步骤1)的逆变换，从而恢复原声呐图像。本发明能够以更少的数据表示原始图像，实现较高压缩比。

技术领域

本发明涉及水下声呐图像传输领域，尤其涉及一种水下声呐图像的压缩传输方法。

背景技术

声呐在水下勘探中起着非常重要的作用。水下环境的声呐图像可以通过水声信道传输。然而，水声信道的特性如：多普勒频散、多径效应、特别是有限带宽，使得通过水声信道传输图像是一项具有挑战性的任务。

为了节约数据存储及传输的成本，图像压缩被广泛应用于声纳图像处理。离散余弦变换被用于实时图像处理中，但是此方法容易产生块效应；离散小波变换能够通过在不同尺度上对信号进行分解从而实现图像的压缩，但是重构图像的边缘和轮廓会变得模糊；基于压缩感知的Bandelets变换是一种典型多尺度几何分析图像表示方法，能够自适应跟踪声呐图像几何正则方向，然而这种方法却是在图像已知的情况下，并不能满足水下实时传输的要求。

发明内容

本发明提供了一种水下声呐图像的压缩传输方法，本发明基于稀疏小波变换的压缩感知，应用于水下声呐图像在水声信道中的传输，详见下文描述：一种水下声呐图像的压缩传输方法，所述压缩传输方法是基于稀疏小波变换的压缩感知，所述压缩传输方法包括以下步骤：

1)通过稀疏小波变换，将声呐图像进行稀疏表示，使原图像数据变成可用于压缩感知的稀疏信号；

2)将稀疏信号投影到测量矩阵中，从而实现稀疏信号由高维度变换到低维度，实现了对图像的压缩；

3)采用压缩感知的重构算法，即利用低维度的数据恢复高维度的数据，重构步骤1)产生的稀疏信号；

4)对重构的稀疏信号，进行稀疏小波变换的逆变换，即实施步骤1)的逆变换，从而恢复原声呐图像。

其中，所述稀疏小波变换和所述稀疏小波变换的逆变换是基于稀疏小波变换基实现的。

所述稀疏小波变换基的形成过程具体为：

小波变换矩阵是

首先产生一个新的小波传输矩阵然后将W_r的每一行变换系数扩展为m倍，将这m行系数视为一个组，组内的每一行系数除第一行，相对于上一行进行时域采样点移位Δ，其他位置补零；

经过变换以后形成的新矩阵是一个具有稀疏特性的变换基，称之为稀疏小波变换的变换基，表示为其中，N＝mr，K＝r+(m-1)Δ。

进一步地，所述测量矩阵为高斯测量矩阵。

所述压缩感知的重构算法为基追踪重构算法。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、由于稀疏小波变换可以实现比小波变换更稀疏的信号表示，因此，本发明将其用于压缩感知技术处理水下声呐图像，能够以更少的数据表示原始图像，实现较高压缩比；

2、本方法能够以较少的数据量传输声呐图像，并且提高带宽利用率，在相同的采样率的条件下，与小波变换相比，本方法以更高的带宽利用率实现了更好的峰值信噪比和结构相似度指数；

3、本发明相比于传统的小波变换，在接收端提高了所恢复图像的质量。

附图说明

图1为一种水下声呐图像的压缩传输方法的流程图；