低複雜度與抗誤碼的高光譜圖像分散式壓縮技術研究

《低複雜度與抗誤碼的高光譜圖像分散式壓縮技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由粘永健擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低複雜度與抗誤碼的高光譜圖像分散式壓縮技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：粘永健
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

隨著星載成像光譜儀的光譜解析度、空間解析度與輻射解析度的不斷提高，所獲取的高光譜數據量急劇增加，必須研究高效的高光譜圖像壓縮技術，才能夠在現有信道頻寬條件下實現數據的實時傳輸。傳統的基於聯合編解碼的壓縮算法存在編碼複雜度高與抗誤碼性能差的不足，難以有效套用於星載高光譜圖像的壓縮。為此，本項目深入研究低複雜度與抗誤碼的高光譜圖像分散式壓縮技術，利用多元陪集碼與二元糾錯碼分別進行實現。在多元陪集碼方面，研究高光譜圖像的多元相關性估計以及相應的分散式無損壓縮算法；研究分散式有損壓縮中的率失真模型以及相應的壓縮算法，使得高光譜圖像在目標碼率下獲得理想的重建結果。在二元糾錯碼方面，研究高光譜圖像的二元相關性估計以及相應的分散式壓縮算法。最後，研究高光譜圖像壓縮質量評估算法，能夠對壓縮算法的性能進行全面客觀的評估，並能推廣到其它類型遙感圖像的壓縮質量評估。

結題摘要

隨著空間解析度、光譜解析度以及輻射解析度的不斷增加，高光譜圖像的數據量急劇膨脹。受星上存儲容量和信道頻寬的限制，高光譜數據的急劇增加給存儲與傳輸帶來了巨大挑戰。此外，惡劣的信道環境極易使得數據在傳輸過程中發生誤碼。因此，必須採用高效的圖像壓縮方法對高光譜圖像進行有效壓縮。基於聯合編解碼的壓縮方法普遍存在計算複雜度高與抗誤碼性能差的不足，難以滿足星載高光譜圖像壓縮傳輸的需求。分散式信源編碼（Distributed Source Coding, DSC）能夠在編碼端對各個信源單獨進行編碼，在解碼端利用信源之間的相關性進行聯合解碼，有效降低了編碼器的運算量，此外，DSC具有一定的抗誤碼性。以上特點決定了DSC非常適合衛星平台的高光譜圖像壓縮。該項目的主要工作和創造性研究成果有： （1）研究了分散式信源編碼技術，根據其理論基礎，給出了分散式編碼的具體實現方式。 （2）研究了基於DSC的高光譜圖像無損與近無損壓縮技術。提出了兩種基於多元線性回歸的高光譜圖像分散式無損壓縮算法，並將兩種算法擴展到近無損壓縮，針對AVIRIS的實驗結果表明，算法具有較好的無損壓縮性能和較低的編碼複雜度，並且能夠提供不同程度的抗誤碼性能。 （3）研究了基於DSC的高光譜圖像有損壓縮技術。在無損壓縮算法的基礎上，通過引入碼率分配策略與最優量化方案，將無損壓縮推廣到有損壓縮。碼率分配策略保證在目標碼率條件下各個編碼單元能夠獲得合理的編碼碼率，最優量化方案使得各編碼單元能夠獲得最優的率失真性能。針對AVIRIS的實驗結果表明該算法能夠獲得優於三維小波變換的率失真性能，並且具有較低的編碼複雜度。 （4）研究了面向實際套用的高光譜圖像有損壓縮技術。提出了一種混合PCA/ICA與JPEG2000相結合的高光譜圖像壓縮算法在不同碼率的情況下，通過空間相關係數、信噪比、光譜角填圖等技術指標對所提算法的壓縮性能進行評估。針對AVIRIS的實驗結果表明，所提出算法的壓縮性能優於PCA+JPEG2000，同時能夠有效提高光譜保真度，保護異常像素信息。 本項目所取得的研究成果對於DSC在高光譜圖像壓縮中的套用具有極大的促進作用，同時，對於實現低複雜度與抗誤碼的高光譜圖像壓縮具有重要意義。