專利名稱：一種保護(hù)目標(biāo)圖像信息的遙感圖像壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遙感圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種保護(hù)目標(biāo)圖像信息的遙感 圖像壓縮方法，主要對遙感偵査圖像中的偵查目標(biāo)的圖像信息在壓縮的過程中進(jìn) 行保護(hù)。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)最早可追溯到1951年Shannon提出DPCM( Differential Pulse Code Modulation,差分脈沖編碼)技術(shù)，最早應(yīng)用于遙感圖像壓縮的是1980 年SP0T-1HRV全色圖像壓縮，它采用8:6的DPCM數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。目前，遙感圖 像的壓縮主要集中在兩個(gè)方面預(yù)測編碼和變換編碼。預(yù)測編碼的壓縮比很低， 一般都結(jié)合熵編碼方法；Huffman編碼是實(shí)用最廣 泛的熵編碼，在某些信源概率分布相等的情況下，Huffman編碼通過變長編碼能 使壓縮效果達(dá)到最優(yōu)，但是在很多實(shí)際的應(yīng)用中，信源的概率分布是不斷變化且 未知的，這樣導(dǎo)致了實(shí)際壓縮效果與理論壓縮比的極限往往相去甚遠(yuǎn)。變換編碼 有離散余弦變換(Discrete Cosine Transform,簡稱DCT)編碼方式，離散傅里 葉變換編碼、K-L (Karhunen-Loeve)變換編碼。理論上K-L變換編碼最優(yōu)，壓 縮比最高，但運(yùn)算量大且沒有快速算法，實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用的是DCT變換，DCT 是基于塊的編碼方法，可并行處理，對內(nèi)存要求低，但要將圖像分成小方塊，在 壓縮比略高時(shí)就出現(xiàn)方塊效應(yīng)，丟失圖像細(xì)節(jié)，因而在對圖像質(zhì)量要求較高時(shí)， 壓縮率有限。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，針對SP0T5的后續(xù)星3S2開展的數(shù)據(jù)壓縮方法有 關(guān)研究表明DCT算法很難滿足壓縮比大于4。目前基于小波變化的圖像壓縮方法開始興起，比較有效的小波圖像壓縮方法 有以下幾種 一種是1993年由美國學(xué)者JeromeM. Shapiro根據(jù)不同級(jí)小波系數(shù) 之間的相似性提出的嵌入式零樹小波編碼方法(EZW: Embedded Zerotree Wavelet),另 一種是1996年A. Said和W丄Pear lman 吸取零樹編碼算法的許多思想，提出的多級(jí)樹集合分裂算法(簡稱SPIHT),還有 一種是最新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000 (Joint Photographic Experts Group2000)，這幾種算法均具有結(jié)構(gòu)簡單、支持多碼率、重構(gòu)圖像質(zhì)量較好等優(yōu) 點(diǎn)，但同時(shí)存在算法耗時(shí)過多和復(fù)雜度較高的缺點(diǎn)。上述幾種壓縮編碼方法總的說來，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是存在一個(gè)共同的問題(例 如參考文獻(xiàn)"基于JPEG2000的遙感圖像壓縮方法研究"(張寶薇，于珊珊，張曄， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007, 39 ( 3 ): 420-423 );"—種基于小波變化的嵌入式 圖像壓縮技術(shù)"(西北工業(yè)大學(xué)，中國，發(fā)明專利，03134421.6， 2003， 7， 23)。 它們都是針對整幅圖像完成的壓縮，而某些有特殊需要的偵查遙感圖像，例如海 上救助，目標(biāo)搜索等，圖像信息中的搜索目標(biāo)的圖像信息往往占的像素點(diǎn)比較少， 但是非常珍貴。 發(fā)明內(nèi)容為避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種最大限度的對目標(biāo)圖像的信息進(jìn)行 重點(diǎn)保護(hù)的圖像壓縮方法，將目標(biāo)圖像信息從背景圖像信息中提取出來，單獨(dú)用 無損的方法進(jìn)行壓縮編碼，而對于背景圖像信息釆用壓縮比較大的壓縮編碼方式 進(jìn)行壓縮編碼，這樣能夠使得在較大的壓縮比條件下，目標(biāo)圖像的信息仍然能夠 保存完好。本發(fā)明是通過下面的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題，它包括下述步驟 1 、根據(jù)偵查目標(biāo)的尺寸估算目標(biāo)在數(shù)字圖像上所占像素點(diǎn)以及長寬比例；2、 利用邊緣提取的方法從背景圖像提取出所有的物體圖像；3、 根據(jù)目標(biāo)的估算像素點(diǎn)，在數(shù)字圖像中搜索疑似目標(biāo)；4、 對疑似目標(biāo)圖像進(jìn)行提取，單獨(dú)進(jìn)行無損壓縮；5、 對疑似目標(biāo)圖像利用無損的方法進(jìn)行壓縮；6、 對背景圖像進(jìn)行壓縮比較大的有損壓縮。 本發(fā)明具有下列技術(shù)效果1、 本項(xiàng)目提出了一種將偵查目標(biāo)從背景圖像中提取出來，采用無損的方法 單獨(dú)進(jìn)行壓縮編碼，對于偵查目標(biāo)圖像信息重點(diǎn)保護(hù)，使得在整幅圖像在較大的 壓縮比情況下，偵查目標(biāo)圖像具有很高的峰值信噪比，目標(biāo)圖像信息能夠保存良 好。2、 由于背景圖像與偵查目標(biāo)圖像分開進(jìn)行壓縮編碼，因此對于背景圖像的 壓縮可以采用壓縮比較大的壓縮方法進(jìn)行，提高了圖像的壓縮比。3、 背景圖像的壓縮編碼方式是對背景圖像進(jìn)行小波變化后，提取小波低頻 系數(shù)，利用預(yù)測編碼進(jìn)行，提高了圖像壓縮的速度。


圖l基于目標(biāo)圖像信息保護(hù)的圖像壓縮方法框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的圖像壓縮方法如圖l所示，首先，通過邊緣提取的方法從背景圖像 中將所有的物體圖像提取出來，再根據(jù)目標(biāo)的尺寸估計(jì)從背景圖像中獲得疑似目 標(biāo)圖像。最后，對于疑似目標(biāo)圖像和背景圖像分別采用不同的壓縮方法進(jìn)行壓縮。 具體步驟如下1、 目標(biāo)圖像像素點(diǎn)估算根據(jù)偵察目標(biāo)物體的尺寸、拍攝距離和相機(jī)分辨率，估算出偵察目標(biāo)所占的 像素點(diǎn)個(gè)數(shù)范圍；假設(shè)衛(wèi)星在某飛行高度下的相機(jī)分辨率為4m，偵查艦船的尺寸為長270, 寬55米。則可以估算出偵查目標(biāo)所占像素點(diǎn)大致為60xl4個(gè)。因此，設(shè)定目標(biāo) 圖像為寬所占像素點(diǎn)范圍為7-30個(gè)像素點(diǎn)，考慮到艦船在行進(jìn)過程中會(huì)引起 船尾海面水波的變化，因此將長度的上限范圍適當(dāng)增加，設(shè)定為30-200個(gè)像素點(diǎn)o2、 對遙測圖像進(jìn)行邊緣提取對遙感圖像進(jìn)行邊緣提取，對其中多個(gè)成像目標(biāo)根據(jù)邊緣信息，估算所占的像素點(diǎn)；目前為止邊緣檢測最通用的方法是檢測亮度值的不連續(xù)性。這樣的不連續(xù)是 用一階或二階導(dǎo)數(shù)檢測的。本文運(yùn)用一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如果用/(x，y)表示圖 像，則一階導(dǎo)數(shù)為二維函數(shù)Ax,y)的梯度，定義為向量該向量的幅值是脂g(V/) = [G， +《]1/2 = [(5/ / + (3/ /刺2 ]1/2圖像邊緣檢測通過Canny邊緣檢測器方法獲得，具體如下(1) 圖像使用帶有指定標(biāo)準(zhǔn)偏差cr的高斯濾波器來平滑，從而可以減少噪聲;(2) 在每 一 點(diǎn)處計(jì)算局部梯度g(jc,y) = [Gx2+《]1/2和邊緣方向 a(jc，>0 = arctan(G/(^) 。ft和《通過 Sobel 方法得到，即=(z7 +2z8 +z9) —0, +2z2 +z3) , G少=(z3 +2z6 +z9) —(a +2z4 +z7),邊緣點(diǎn)定義為梯度方向上其強(qiáng)度局部最大的點(diǎn)。(3) 在第(2)條中確定的邊緣點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致梯度幅度圖像中出現(xiàn)脊。因此，算法追蹤所有脊的頂部，并將所有不在脊的頂部的像素設(shè)為零，以便在輸出中給出一條 細(xì)線，也就是非最大值抑制處理。脊像素使用兩個(gè)閾值7"7和"作閾值處理，其 中77<7Z值大于"的脊像素稱為強(qiáng)邊緣像素，77和"之間的脊像素稱為弱邊 緣像素。(4) 通過將不連續(xù)的弱像素集成到強(qiáng)像素，執(zhí)行邊緣鏈接。 按照Camiy邊緣檢測器的步驟，設(shè)定77=0. 04, 7^0.15,對艦船圖像進(jìn)行邊緣檢測的圖像；3、疑似目標(biāo)獲取I-成像目標(biāo)與偵察目標(biāo)像素點(diǎn)的比對，記錄疑似偵察目標(biāo)的信息； 根據(jù)邊緣提取的目標(biāo)所占像素點(diǎn)數(shù)為19*130,符合步驟l中的估計(jì)值，因此，判斷為疑似目標(biāo)。記錄目標(biāo)圖像左上角像素點(diǎn)位置為(89, 15)，將疑似目標(biāo)圖像單獨(dú)提??；4、 背景圖像的處理將疑似偵察目標(biāo)圖像的位置以背景灰度平均值代替，以減少背景圖像壓縮的 數(shù)據(jù)；5、 對疑似偵察目標(biāo)圖像不做任何處理，保留原始圖像信息；6、 對背景圖像進(jìn)行小波分解后，僅對低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測編碼壓縮； 試驗(yàn)表明，該方法能夠在較大的壓縮比條件下保證目標(biāo)圖像的信息仍然能夠保存良好。
權(quán)利要求
1. 一種保護(hù)目標(biāo)圖像信息的遙感圖像壓縮方法，其特征在于包括以下步驟(1)、根據(jù)偵查目標(biāo)的尺寸估算目標(biāo)在數(shù)字圖像上所占像素點(diǎn)以及長寬比例；(2)、利用邊緣提取的方法從背景圖像提取出所有的物體圖像；(3)、根據(jù)目標(biāo)的估算像素點(diǎn)，在數(shù)字圖像中搜索疑似目標(biāo)；(4)、對疑似目標(biāo)圖像進(jìn)行提取，單獨(dú)進(jìn)行無損壓縮；(5)、對疑似目標(biāo)圖像利用無損的方法進(jìn)行壓縮；(6)、對背景圖像進(jìn)行壓縮比較大的有損壓縮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保護(hù)目標(biāo)圖像信息的遙感圖像壓縮方法，屬于遙感圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟根據(jù)偵查目標(biāo)的尺寸估算目標(biāo)在數(shù)字圖像上所占像素點(diǎn)以及長寬比例；利用邊緣提取的方法從背景圖像提取出所有的物體圖像；根據(jù)目標(biāo)的估算像素點(diǎn)，在數(shù)字圖像中搜索疑似目標(biāo)；對疑似目標(biāo)圖像進(jìn)行提取，單獨(dú)進(jìn)行無損壓縮；對疑似目標(biāo)圖像利用無損的方法進(jìn)行壓縮；對背景圖像進(jìn)行壓縮比較大的有損壓縮。該方法能最大限度的對目標(biāo)圖像的信息進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。
文檔編號(hào)G06T9/00GK101276470SQ200810025389
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者敏 姚, 敏 趙 申請人:南京航空航天大學(xué)