專利名稱：基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術領域，涉及圖像壓縮技術，具體地說，是一種基于光學輪廓波(Contourlet)變換的圖像壓縮系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)代圖像和多媒體通信業(yè)務的發(fā)展需要大量地存儲、記錄和傳輸各類圖像。解決這一問題的必經(jīng)之路是進行圖像的數(shù)字化。圖像信號數(shù)字化具有許多模擬信號所不具備的優(yōu)點，如易于采用信道編碼技術提高傳輸?shù)目煽啃?；便于利用時分復用與其它通信業(yè)務相結合；易于加密，提高安全性等。但是，圖像數(shù)字化后的數(shù)據(jù)量太大，難以直接存儲和傳輸，因此對數(shù)字圖像實行數(shù)據(jù)壓縮勢在必行。圖像編碼是在保證達到所要求的圖像質量的前提下，設法降低所必需的數(shù)碼率而采取的壓縮編碼技術。通過圖像編碼達到節(jié)省傳輸帶寬或節(jié)省存儲空間的目的，同時也為多媒體計算機處理提供可能。圖像壓縮已被廣泛地應用于遠程教育、遠程醫(yī)療、圖像監(jiān)測、數(shù)碼照相、交通監(jiān)控等眾多領域。小波變換是圖像壓縮的有效工具，它能針對圖像的特定頻率成分進行處理，并很好地反映信號的零維奇異特征，已被成功地應用于圖像壓縮中。但是，常用的二維小波是由兩個一維小波的張量積形成，其方向選擇性有限，且各向同性，難以很好地表示圖像的邊緣、輪廓和紋理等具有高維奇異性的幾何特征。輪廓波變換是一種真正意義上的圖像的二維表示方法，具有良好的多分辨率、局部化和方向性等優(yōu)良特性，它將小波的優(yōu)點延伸到高維空間，能夠更好地刻畫高維信息的特征，更適合處理具有超平面奇異性的信息。輪廓波變換更適合應用于圖像壓縮中，提高圖像壓縮的速度。但是，目前基于電學數(shù)值計算的輪廓波變換應用時龐大的計算量制約了其應用的進一步推廣，基于電學輪廓波變換的圖像壓縮技術具有壓縮速度慢的顯著缺點，難以滿足圖像壓縮的實時性的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，可以提高圖像壓縮的速度。本發(fā)明的具體技術方案是
一種基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，包括光學輪廓波變換模塊和第四計算機， 其中所述第四計算機包括量化模塊和統(tǒng)計編碼模塊，
所述光學輪廓波變換模塊中氦氖激光器位于針孔濾波器前方20 25cm處，針孔濾波器位于準直透鏡的前焦面處，所述準直透鏡后方30 35cm處安裝第一電尋址空間光調制器，所述第一電尋址空間光調制器后方20 25cm處安裝第一分光器，所述第一分光器后方安裝第一傅里葉反射鏡，所述第一電尋址空間光調制器與所述第一傅里葉反射鏡的距離等于所述第一傅里葉反射鏡的焦距，所述第一分光器下方安裝第二電尋址空間光調制器，所述第一傅里葉反射鏡與所述第一分光器的距離同所述第一分光器與第二電尋址空間光調制器的距離之和等于所述第一傅里葉反射鏡的焦距，所述第二電尋址空間光調制器的下方 20 25cm處安裝第二分光器，所述第二分光器下方安裝第二傅里葉反射鏡，所述第二電尋址空間光調制器與所述第二傅里葉反射鏡的距離等于所述第二傅里葉反射鏡的焦距，所述第二分光器左方安裝CCD光電耦合器件，所述第二傅里葉反射鏡與所述第二分光器的距離同所述第二分光器與CCD光電耦合器件的距離之和等于所述第二傅里葉反射鏡的焦距；所述氦氖激光器、針孔濾波器、準直透鏡、第一電尋址空間光調制器、第一分光器、第一傅里葉反射鏡在同一軸線上；所述第一分光器、第二電尋址空間光調制器、第二分光器、第二傅里葉反射鏡在同一軸線上；所述第二分光器，CCD光電耦合器件在同一軸線上；所述第一電尋址空間光調制器用電纜與第一計算機相連接，所述第二電尋址空間光調制器用電纜與第二計算機相連接，所述CCD光電耦合器件用電纜與第三計算機相連接，所述第三計算機用電纜與所述第四計算機相連接；
氦氖激光器通過針孔濾波器和準直透鏡形成平行光照射在第一電尋址空間光調制器上，由第一計算機控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調制器上，通過第一傅里葉反射鏡實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，平行光照射輸入圖像后形成物光，經(jīng)第一分光器透射在第一傅里葉反射鏡上，第一傅里葉反射鏡將入射光反射到第一分光器上，再被第一分光器反射到第二電尋址空間光調制器上，在所述第二電尋址空間光調制器處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機控制將頻域形式的輪廓波變換濾波器加載到第二電尋址空間光調制器上，在所述第二電尋址空間光調制器上完成對輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘，通過第二傅里葉反射鏡實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換，所述相乘結果經(jīng)第二分光器透射在第二傅里葉反射鏡上，第二傅里葉反射鏡將入射光反射到第二分光器上，再被第二分光器反射到CCD光電耦合器件上，在該處得到輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換的數(shù)值結果；
由第三計算機控制CCD光電耦合器件采集所述輸入圖像的輪廓波變換結果，并讀入所述第三計算機；
將輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果經(jīng)所述第四計算機中所述量化模塊進行零樹量化，得到輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果；
將輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果經(jīng)所述第四計算機中統(tǒng)計編碼模塊進行赫夫曼編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結果。其中，所述氦氖激光器的輸出功率為60-90mw，偏振比為1000 :1，發(fā)散角彡0. 5mrad ；所述針孔濾波器的針孔直徑為IOMm ；所述準直透鏡的焦距為400mm，孔徑直徑為100mm;所述第一、第二電尋址空間光調制器的分辨率為10MX768，液晶尺寸為 14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸為14MmX 14Mm，刷新頻率為60Hz，對比度為400 :1，最高透射率為21% ；所述第一、第二分光器的分光角度為45-90度；所述第一、第二傅里葉反射鏡的焦距為500mm，孔徑直徑為IOOmm ；所述CCD光電耦合器件的輸出圖像最大分辨率為 3456 X 2304，感光元件尺寸為 22. 2mmX14. 8 mm。本發(fā)明還提供一種基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，用于遠程教育、遠程醫(yī)療、圖像監(jiān)測、數(shù)碼照相、交通監(jiān)控的用途。本發(fā)明的工作原理如下氦氖激光器通過針孔濾波器和準直透鏡形成平行光照射在第一電尋址空間光調制器上，由第一計算機控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調制器上，通過第一傅里葉反射鏡實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，平行光照射輸入圖像后形成物光，經(jīng)第一分光器透射在第一傅里葉反射鏡上，第一傅里葉反射鏡將入射光反射到第一分光器上，再被第一分光器反射到第二電尋址空間光調制器上，在該處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機控制將頻域形式的輪廓波變換濾波器加載到第二電尋址空間光調制器上，在所述第二電尋址空間光調制器上完成對輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘，通過第二傅里葉反射鏡實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換，所述相乘結果經(jīng)第二分光器透射在第二傅里葉反射鏡上，第二傅里葉反射鏡將入射光反射到第二分光器上，再被第二分光器反射到CCD光電耦合器件上，在該處得到輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換的數(shù)值結果，由第三計算機控制CCD光電耦合器件及所述輸入圖像的輪廓波變換結果，并讀入所述第三計算機。對于采集到的輸入圖像的輪廓波變換結果，采用零樹量化方法進行量化，零樹量化依據(jù)設定的一組閾值T0，Tl……Tn，其中Ti=Ti-l/2，逐個閾值將輸入圖像的輪廓波變換結果分為重要系數(shù)、零樹根和孤立零點，并對重要系數(shù)的幅值取整量化。對于輸入圖像輪廓波變換結果的量化結果，采用赫夫曼編碼方法進行統(tǒng)計編碼， 赫夫曼編碼對出現(xiàn)概率大的信息符號分配短碼，對出現(xiàn)概率小的信息符號分配長碼，碼字長度按照所對應的符號出現(xiàn)概率大小逆序排列，最終得到圖像壓縮結果。對于利用本發(fā)明提出的方法得到的圖像壓縮結果，利用計算機通過數(shù)值計算的方法實現(xiàn)對圖像壓縮結果的解壓縮。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下優(yōu)點
(1)基于光學方法實現(xiàn)輪廓波變換，具有光學信息處理高速、并行和大容量的特征，與電學方法相比較，提高信息處理的速度。(2)將光學輪廓波變換方法應用于圖像壓縮技術，有效提高圖像壓縮速度，促進實時動態(tài)的圖像壓縮技術的發(fā)展。(3)將傅里葉反射鏡用于光學圖像處理，相對于傅里葉透鏡而言，傅里葉反射鏡具有消色差、使系統(tǒng)光路可折疊、避免透鏡表面反射造成光能損失的優(yōu)點，能更好地實現(xiàn)圖像的傅里葉變換。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖2是本發(fā)明中光學輪廓波變換模塊的結構示意圖； 圖3為本發(fā)明的整體結構示意圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步詳述
如圖1所示，該基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)包括光學輪廓波變換模塊和第四計算機14，其中第四計算機14包括量化模塊和統(tǒng)計編碼模塊，光學輪廓波變換模塊的輸出端與量化模塊的輸入端連接，量化模塊的輸出端與編碼模塊的輸入端連接。實施例1 光學輪廓波變換模塊中氦氖激光器1位于針孔濾波器2前方22cm處， 針孔濾波器2位于準直透鏡3的前焦面處，所述準直透鏡3后方32cm處安裝第一電尋址空間光調制器4，所述第一電尋址空間光調制器4后方22cm處安裝第一分光器5，所述第一分光器5后方安裝第一傅里葉反射鏡6，所述第一電尋址空間光調制器4與所述第一傅里葉反射鏡6的距離等于所述第一傅里葉反射鏡6的焦距，所述第一分光器5下方安裝第二電尋址空間光調制器7，所述第一傅里葉反射鏡6與所述第一分光器5的距離同所述第一分光器5與第二電尋址空間光調制器7的距離之和等于所述第一傅里葉反射鏡6的焦距，所述第二電尋址空間光調制器7的下方22cm處安裝第二分光器8，所述第二分光器下方安裝第二傅里葉反射鏡9，所述第二電尋址空間光調制器7與所述第二傅里葉反射鏡9的距離等于所述第二傅里葉反射鏡9的焦距，所述第二分光器8左方安裝CXD光電耦合器件10，所述第二傅里葉反射鏡9與所述第二分光器8的距離同所述第二分光器8與C⑶光電耦合器件10的距離之和等于所述第二傅里葉反射鏡9的焦距；所述氦氖激光器1、針孔濾波器2、 準直透鏡3、第一電尋址空間光調制器4、第一分光器5、第一傅里葉反射鏡6在同一軸線上； 所述第一分光器5、第二電尋址空間光調制器7、第二分光器8、第二傅里葉反射鏡9在同一軸線上；所述第二分光器8，(XD光電耦合器件10在同一軸線上；所述第一電尋址空間光調制器4用電纜與第一計算機11相連接，所述第二電尋址空間光調制器7用電纜與第二計算機12相連接，所述CCD光電耦合器件10用電纜與第三計算機13相連接，所述第三計算機 13用電纜與所述第四計算機14相連接，如圖3所示。氦氖激光器的型號為虹揚2000，輸出功率為80mw，偏振比為1000 :1，發(fā)散角 ^ 0. 5mrad。針孔濾波器的型號為SZ-52，針孔直徑為lOMffl。準直透鏡的型號為GC0-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。分光器的分光角度為90度。第一、第二電尋址空間光調制器的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為 IOMX 768，液晶尺寸為14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸為14MmX 14Mm，刷新頻率為60Hz，對比度為400 :1，最高透射率為21%。第一、第二傅里葉反射鏡焦距為500mm，孔徑直徑為100mm。實施例2與實施例1結構及方法相同，所不同的是實施例2中氦氖激光器1位于針孔濾波器2前方Mcm處，準直透鏡3后方34cm處安裝第一電尋址空間光調制器4，第一電尋址空間光調制器4后方Mcm處安裝第一分光器5，第二電尋址空間光調制器7的下方 24cm處安裝第二分光器8。實施例3與實施例1結構及方法相同，所不同的是實施例3中氦氖激光器1位于針孔濾波器2前方20cm處，準直透鏡3后方30cm處安裝第一電尋址空間光調制器4，第一
7電尋址空間光調制器4后方20cm處安裝第一分光器5，第二電尋址空間光調制器7的下方 20cm處安裝第二分光器8。應用光學輪廓波變換模塊實現(xiàn)輸入圖像的輪廓波變換，如圖2所示，氦氖激光器1 通過針孔濾波器2和準直透鏡3形成平行光照射在第一電尋址空間光調制器4上，由第一計算機11控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調制器4上，通過第一傅里葉反射鏡6 實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，平行光照射輸入圖像后形成物光，經(jīng)第一分光器5透射在第一傅里葉反射鏡6上，第一傅里葉反射鏡6將入射光反射到第一分光器5上，再被第一分光器5反射到第二電尋址空間光調制器7上，在該處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機12 控制將頻域形式的輪廓波變換濾波器加載到第二電尋址空間光調制器7上，在所述第二電尋址空間光調制器7上完成對輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘，通過第二傅里葉反射鏡9實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換， 所述相乘結果經(jīng)第二分光器8透射在第二傅里葉反射鏡9上，第二傅里葉反射鏡9將入射光反射到第二分光器8上，再被第二分光器8反射到CCD光電耦合器件10上，在該處得到輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換的數(shù)值結果，由第三計算機13控制CCD光電耦合器件10采集所述輸入圖像的輪廓波變換結果，并讀入所述第三計算機13。應用量化模塊對由光學輪廓波變換模塊中得到的輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果進行零樹量化，得到輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果，量化模塊利用第四計算機14實現(xiàn)。應用統(tǒng)計編碼模塊對由量化模塊得到的輸入圖像輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果進行赫夫曼編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結果，編碼模塊利用第四計算機14實現(xiàn)。本發(fā)明提出一種基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，可用于遠程教育、遠程醫(yī)療、圖像監(jiān)測、數(shù)碼照相、交通監(jiān)控等眾多領域，與傳統(tǒng)的圖像壓縮方法相比，它可以提高圖像壓縮的速度。本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
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權利要求
1. 一種基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，其特征在于包括光學輪廓波變換模塊和第四計算機(14)，其中所述第四計算機(14)包括量化模塊和統(tǒng)計編碼模塊，所述光學輪廓波變換模塊中氦氖激光器(1)位于針孔濾波器(2)前方20 25cm處， 針孔濾波器(2)位于準直透鏡(3)的前焦面處，所述準直透鏡(3)后方30 35cm處安裝第一電尋址空間光調制器(4)，所述第一電尋址空間光調制器(4)后方20 25cm處安裝第一分光器(5)，所述第一分光器(5)后方安裝第一傅里葉反射鏡(6)，所述第一電尋址空間光調制器(4)與所述第一傅里葉反射鏡(6)的距離等于所述第一傅里葉反射鏡(6)的焦距，所述第一分光器(5)下方安裝第二電尋址空間光調制器(7)，所述第一傅里葉反射鏡(6)與所述第一分光器(5)的距離同所述第一分光器(5)與第二電尋址空間光調制器(7)的距離之和等于所述第一傅里葉反射鏡(6)的焦距，所述第二電尋址空間光調制器(7)的下方20 25cm處安裝第二分光器(8)，所述第二分光器下方安裝第二傅里葉反射鏡(9)，所述第二電尋址空間光調制器(7)與所述第二傅里葉反射鏡(9)的距離等于所述第二傅里葉反射鏡 (9)的焦距，所述第二分光器(8)左方安裝CXD光電耦合器件(10)，所述第二傅里葉反射鏡 (9)與所述第二分光器(8)的距離同所述第二分光器(8)與CXD光電耦合器件(10)的距離之和等于所述第二傅里葉反射鏡(9)的焦距；所述氦氖激光器(1)、針孔濾波器(2)、準直透鏡(3)、第一電尋址空間光調制器(4)、第一分光器(5)、第一傅里葉反射鏡(6)在同一軸線上；所述第一分光器(5)、第二電尋址空間光調制器(7)、第二分光器(8)、第二傅里葉反射鏡(9)在同一軸線上；所述第二分光器(8)，CXD光電耦合器件(10)在同一軸線上；所述第一電尋址空間光調制器(4)用電纜與第一計算機(11)相連接，所述第二電尋址空間光調制器(7)用電纜與第二計算機(12)相連接，所述CCD光電耦合器件(10)用電纜與第三計算機 (13)相連接，所述第三計算機(13)用電纜與所述第四計算機(14)相連接；氦氖激光器(1)通過針孔濾波器(2)和準直透鏡(3)形成平行光照射在第一電尋址空間光調制器(4)上，由第一計算機(11)控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調制器 (4)上，通過第一傅里葉反射鏡(6)實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，平行光照射輸入圖像后形成物光，經(jīng)第一分光器(5)透射在第一傅里葉反射鏡(6)上，第一傅里葉反射鏡(6)將入射光反射到第一分光器(5)上，再被第一分光器(5)反射到第二電尋址空間光調制器(7) 上，在所述第二電尋址空間光調制器(7)處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機(12)控制將頻域形式的輪廓波變換濾波器加載到第二電尋址空間光調制器(7)上，在所述第二電尋址空間光調制器(7)上完成對輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘，通過第二傅里葉反射鏡(9)實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換，相乘結果經(jīng)第二分光器(8)透射在第二傅里葉反射鏡(9)上，第二傅里葉反射鏡(9)將入射光反射到第二分光器(8)上，再被第二分光器(8)反射到CXD光電耦合器件(10)上， 在該處得到輸入圖像的頻譜與頻域形式的輪廓波濾波器相乘結果的傅里葉變換的數(shù)值結果；由所述第三計算機(13)控制所述CCD光電耦合器件(10)采集所述輸入圖像的輪廓波變換結果，并讀入所述第三計算機(13)；將輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果經(jīng)所述第四計算機(14)中所述量化模塊進行零樹量化，得到輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果；將輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果經(jīng)所述第四計算機(14)中統(tǒng)計編碼模塊進行赫夫曼編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結果。
2.根據(jù)權利要求1所述基于光學輪廓波變換的圖像壓縮方法，其特征在于所述氦氖激光器(1)的輸出功率為60-90mw，偏振比為1000 :1，發(fā)散角彡0. 5mrad ；所述針孔濾波器 (2)的針孔直徑為IOMffl ；所述準直透鏡(3)的焦距為400mm，孔徑直徑為IOOmm ；所述第一、 第二電尋址空間光調制器(4，7)的分辨率為10MX768，液晶尺寸為14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸為14MmX 14Mm,刷新頻率為60Hz，對比度為400 1，最高透射率為21% ；所述第一、第二分光器(5，8)的分光角度為45-90度；所述第一、第二傅里葉反射鏡(6，9)的焦距為500mm， 孔徑直徑為IOOmm ；所述CXD光電耦合器件(10)的輸出圖像最大分辨率為3456X2304，感光元件尺寸為22. 2mmX 14. 8 mm。
3.一種根據(jù)權利要求1所述的基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，用于遠程教育、 遠程醫(yī)療、圖像監(jiān)測、數(shù)碼照相、交通監(jiān)控的用途。
全文摘要
本發(fā)明一種基于光學輪廓波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，屬于圖像處理技術領域。該系統(tǒng)包括光學輪廓波變換模塊、量化模塊和統(tǒng)計編碼模塊；先將輸入圖像經(jīng)光學輪廓波變換模塊實現(xiàn)輪廓波變換，得到輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果；然后由量化模塊對輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果進行量化，得到輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果；再由統(tǒng)計編碼模塊對輸入圖像的輪廓波變換的數(shù)值結果的量化結果進行編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結果。本發(fā)明提出的圖像壓縮方法可以用于遠程教育、遠程醫(yī)療、圖像監(jiān)測、數(shù)碼照相、交通監(jiān)控等眾多領域，與傳統(tǒng)的圖像壓縮方法相比，它可以提高圖像壓縮速度。
文檔編號G02B27/10GK102222351SQ20111014337
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者余月華, 吳江洲, 張博為, 李禪飛, 蒲秀娟, 韓亮 申請人:重慶大學