基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，屬于遙感圖像傳輸領(lǐng)域，其特征在于利用航天遙感部分的先驗信息數(shù)據(jù)庫建立遙感圖像采集設備類型信息、應用需求信息、遙感圖像、特征向量及其表示系數(shù)、拍攝位置及姿態(tài)及目標重要度信息的映射數(shù)據(jù)組，同時建立遙感圖像以及目標重要度位置索引，通過基于特征的目標檢測模塊用實測的遙感圖像及其特征向量更新所述映射數(shù)據(jù)組，再通過基于感興趣區(qū)域的有限速率編碼單元，根據(jù)遙感圖像目標區(qū)域位置信息及目標重要度信息在設定的輸出碼率信息下，結(jié)合設定的失真或受限速率的約束條件，用區(qū)域變換和量化的方式按不同的目標重要度信息分級編碼后輸出，經(jīng)解碼得到有限速率下少失真地傳輸遙感圖像。
【專利說明】基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，屬于無線通信與數(shù)字圖像分析的交叉【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明特別涉及一種通過引入先驗信息數(shù)據(jù)庫，并采用在線字典學習進行數(shù)據(jù)庫更新的方法，為海量遙感圖像數(shù)據(jù)提供速率受限信道下高性能傳輸服務的通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]二十世紀以來，遙感技術(shù)得到了快速而深入的發(fā)展，并在地理信息、資源勘探、天氣監(jiān)測、軍事情報、救災搶險等諸多方面得到了重要的應用。數(shù)十年內(nèi)，遙感圖像采集能力不斷提升:由灰度圖像到全彩色圖像，再到多光譜圖像；圖像分辨率由米級到分米級，再到厘米級；量化精度由8比特到11比特，并有進一步擴展的趨勢。
[0003]不斷提升的遙感圖像采集能力，帶來的是不斷膨脹的遙感圖像數(shù)據(jù)量，以及對星地傳輸鏈路所構(gòu)成的巨大壓力。以我國于2012年發(fā)射升空的資源三號遙感測繪衛(wèi)星為例，該衛(wèi)星具有4部米級分辨率的相機，每天傳輸數(shù)據(jù)量約1790GB，空天數(shù)傳鏈路碼率約為900Mbps。對于軍事領(lǐng)域及其他特殊領(lǐng)域的遙感應用，厘米級遙感圖像的數(shù)據(jù)規(guī)模將是上述數(shù)據(jù)量的IO4倍，而空天數(shù)傳鏈路碼率不可能獲得同等幅度的擴展。因此，在速率受限信道下進行高性能海量遙感圖像數(shù)據(jù)傳輸，是未來遙感技術(shù)發(fā)展與應用所必須解決的基礎(chǔ)問題。
[0004]為實現(xiàn)有限通信速率下的海量數(shù)據(jù)傳輸，當前的遙感應用系統(tǒng)采用圖像壓縮方法減少實際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)規(guī)模。遙感系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)壓縮方法有基于離散余弦變換(Discrete Cosine Transform, DCT)的JPEG通用圖像壓縮標準以及基于離散小波變換(Discrete Wavelet Transform, DffT)的 JPEG2000 通用圖像壓縮標準。JPEG 及 JPEG2000作為通用圖像壓縮標準，針對自然圖像具有較為理想的壓縮性能。但是，由于遙感應用對于遙感圖像的失真度具有嚴格限制，通常僅能使用低壓縮率(2:1到8:1之間)的JPEG/JPEG2000實現(xiàn)方案以保證遙感圖像的還原可信度；對于軍事情報等特殊應用場合，需要使用無損JPEG/JPEG2000實現(xiàn)方案，所能夠獲得的壓縮率更為有限。
[0005]與此同時，迅猛增長的遙感數(shù)據(jù)正在對空天傳輸鏈路構(gòu)成前所未有壓力，而由于發(fā)射機功率、星地鏈路條件等實際因素的限制，星地傳輸鏈路所能夠支持的數(shù)據(jù)傳輸速率難以以相同的速度增長。因此，如何在有限的星地鏈路數(shù)據(jù)傳輸能力條件下，實現(xiàn)海量遙感數(shù)據(jù)的高性能傳輸，是未來遙感技術(shù)發(fā)展需要解決的具有基礎(chǔ)意義的重要問題。
[0006]已有的基于特征配準的低速率遙感圖像傳輸系統(tǒng)，雖然考慮了時間上的冗余特性，但往往由于配準精度不夠和光照，噪聲等因素的影響，以及拍攝周期長等原因，差分方法不能有效降低碼率，而且參考數(shù)據(jù)不能更新。本發(fā)明提出了一種基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，機器學習與數(shù)字圖像處理技術(shù)引入無線通信領(lǐng)域，發(fā)掘并利用相同目標(語義上)區(qū)域遙感數(shù)據(jù)的基本特征，采用基于在線學習方法的數(shù)據(jù)庫更新技術(shù)，通過對不同目標區(qū)域的特征提取和學習，提高目標的識別準確率。將現(xiàn)有的通用圖像壓縮編碼傳輸方案轉(zhuǎn)化為面向自動目標識別和分層的圖像編碼傳輸方案，通過提高重要目標的檢測準確率并自適應調(diào)節(jié)其重要性系數(shù)，大幅降低圖像的傳輸速率。同已有的基于特征配準的低速率遙感圖像傳輸系統(tǒng)相比，將先驗信息數(shù)據(jù)庫的在線字典學習技術(shù)引入通信過程，克服了固定數(shù)據(jù)庫適應性較差的缺點，能更充分地對數(shù)字圖像內(nèi)容進行分析，并通過分層編碼和碼率控制技術(shù)，利用計算、存儲能力換取通信能力，在滿足遙感圖像失真度要求的前提下，能夠在速率受限的傳輸信道上大幅度提升系統(tǒng)對遙感數(shù)據(jù)的實際傳輸能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對遙感信息數(shù)據(jù)規(guī)模迅速增加的實際問題，結(jié)合機器學習和數(shù)字圖像分析方法，在遙感圖像分析及特征提取、學習的基礎(chǔ)上，對不同對象進行分層傳輸，從而提供速率受限信道下的高性能海量遙感圖像傳輸服務。
[0008]本發(fā)明特征在于含有航天遙感部分，空天傳輸部分以及地面接收部分，其中:
[0009]航天遙感部分包括:至少一組遙感圖像采集設備；至少一個先驗信息數(shù)據(jù)庫；至少一個基于特征的目標檢測單元；至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元;
[0010]遙感圖像采集設備含有:遙感圖像設備的類型信息，包括鏡頭類型、分辨率以及傳感器量化精度；應用需求信息，至少包括資源探測、氣候監(jiān)測、軍事情報；輸出:所述的遙感圖像采集設備類型信息和應用需求信息，拍攝位置及姿態(tài)，以矩陣或高維數(shù)組形式組織的遙感圖像像素點信息，簡稱遙感圖像信息。
[0011]先驗信息數(shù)據(jù)庫，這是一種先在陸地上根據(jù)所述遙感圖像采集設備類型信息、所述應用需求信息、相應的遙感圖像數(shù)據(jù)建立，以后又不斷地在星上學習更新后輸入的目標先驗信息數(shù)據(jù)庫；
[0012]所述的目標先驗信息，用數(shù)組的形式表示，各數(shù)據(jù)之間具有一一對應的映射關(guān)系，其中包括:所述遙感圖像采集設備類型信息、作為所述應用需求的目標以及用人工標注的目標重要度信息；所述目標的遙感圖像數(shù)據(jù)信息，簡稱遙感圖像；所述遙感圖像的特征向量及特征表示系數(shù)，在陸地上以離線學習的方式用主成分分析法PCA或特征描述方法SIFT得到；在星上是以在線學習的方式，經(jīng)相同的特征提取方法后，用在線字典學習的方法進行數(shù)據(jù)更新后得到的；所述的圖像特征是指:各類礦產(chǎn)資源的光譜數(shù)據(jù)特征，或者氣候變化的歷史數(shù)據(jù)特征，或者敏感軍事目標的遙感圖像特征；采用的數(shù)據(jù)檢索方式包括按圖像特征向量索引或目標重要性系數(shù)索引進行檢索，所述圖像特征包括:對礦產(chǎn)資源，采取光譜數(shù)據(jù)資源庫和圖像庫交互檢索，對氣候變化數(shù)據(jù)，采取時間變化、氣候標注和云圖數(shù)據(jù)交互檢索，對軍事目標采取重要目標語義庫、重要目標圖像庫和相應特征的交互更新；
[0013]基于特征的目標檢測單元，含有:圖像特征提取模塊，圖像特征匹配模塊以及在線數(shù)據(jù)庫更新模塊，其中:
[0014]圖像特征提取模塊，設有:所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的訪問接口，從遙感圖像采集設備輸入一組標注有遙感圖像采集設備的類型信息、應用需求信息以及拍攝位置和姿態(tài)信息庫、以矩陣或高維數(shù)組形式組織的遙感圖像信息，使用與目標相適應的目標特征描述算法SIFT獲得遙感圖像的特征向量,所述特征向量包括特征點坐標及特征點描述,所述特征點描述是指高維數(shù)組向量簇；
[0015]圖像特征匹配模塊，設有:所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的訪問接口，所述圖像特征匹配模塊從圖像特征提取模塊輸入所述遙感圖像的特征向量，通過在線字典學習算法獲得與所述遙感圖像的特征向量對應的特征表示系數(shù)，通過與所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的檢索與匹配，得到對應目標的重要性系數(shù)，匹配失敗則為無效區(qū)域，同時輸入目標重要性系數(shù)及其對應的區(qū)域位置信息到所述的基于感興趣區(qū)域的有限速率編碼單元；
[0016]在線數(shù)據(jù)更新模塊，設有:所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的訪問接口，以所述圖像特征匹配模塊輸入的表示系數(shù)與所述先驗信息數(shù)據(jù)庫中得到的表示系數(shù)作為輸入，通過在線字典學習算法，獲得新的與當前所述的遙感圖像特征向量對應的表示系數(shù)，同時完成對所述先驗信息數(shù)據(jù)庫中所述遙感圖像特征向量與表示系數(shù)的更新，供下一次基于特征的目標檢測利用；
[0017]基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，設有:區(qū)域變換模塊，碼率控制模塊，量化器，復合數(shù)據(jù)編碼模塊，其中:
[0018]區(qū)域變換模塊輸入為遙感圖像、目標重要性系數(shù)及其對應的目標區(qū)域位置信息，把目標區(qū)域位置信息和空域像素信息通過方向自適應小波變換把空域像素變換到能量集中的變換域，再把變換系數(shù)輸出；
[0019]碼率控制模塊，從所述基于特征的目標檢測單元輸入目標重要性信息及對應的目標區(qū)域位置信息，根據(jù)設定的輸出碼率，在設定的失真約束或受限制的速率下，對不同重要度的目標區(qū)域進行碼率優(yōu)化分配，輸出不同的量化系數(shù)；
[0020]量化器從所述區(qū)域變換模塊輸入?yún)^(qū)域變換系數(shù)，從所述碼率控制模塊輸入對應的量化系數(shù)，對不同目標重要度的區(qū)域建立不等精度的量化系數(shù)表，結(jié)合隨影的目標區(qū)域位置信息，輸出到所述復合數(shù)據(jù)編碼模塊；
[0021]復合數(shù)據(jù)編碼模塊，對輸入的區(qū)域位置信息及對應的量化系數(shù)表中的量化系數(shù)進行熵編碼，且對重要度高的量化系數(shù)提供額外的編碼保護，以控制失真對數(shù)據(jù)解碼的影響，最后生成二進制碼流送往空天傳輸部分；
[0022]空天傳輸部分，是一個速率受限的空天傳輸鏈路，以所述復合數(shù)據(jù)編碼模塊輸入二進制碼流，送往所述地面接收部分；
[0023]地面接收部分，是一臺計算機，內(nèi)設有:基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，含有復合數(shù)據(jù)解碼模塊，反量化器，逆變換模塊，目標區(qū)域復合模塊，其中:
[0024]復合數(shù)據(jù)解碼器，從所述空天傳輸鏈路輸入二進制碼流，進行結(jié)構(gòu)化解碼，結(jié)合糾錯編碼完成數(shù)據(jù)檢錯及糾錯，輸出目標區(qū)域位置信息及對應的量化系數(shù)；
[0025]反量化器，對所述復合數(shù)據(jù)解碼模塊輸入的量化系數(shù)進行反量化操作，輸出反量化后的變換域系數(shù)；
[0026]逆變換模塊，對從反量化器輸入的變換域系數(shù)作逆變換，輸出目標區(qū)域的空域像
素值；
[0027]目標區(qū)域復合模塊根據(jù)所述的數(shù)據(jù)編碼模塊輸入的目標區(qū)域位置信息和所述逆變換模塊輸入的空域像素值進行整合得到重建的遙感圖像。
[0028]本發(fā)明所描述的基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)適用范圍廣、靈活性高，可針對不同的場合專門設計各模塊。該傳輸系統(tǒng)通過利用機器學習，數(shù)字圖像分析技術(shù)并與無線通信相結(jié)合的手段，在充分挖掘先驗信息的基礎(chǔ)上，利用計算能力換取存儲能力，來實現(xiàn)較高圖像質(zhì)量下較高壓縮率。通過面向不等重要性目標區(qū)域的分層傳輸機制，優(yōu)先保證較高重要性的目標區(qū)域，并作較高等級的差錯保護，以在較低的傳輸速率限制下，能夠使重要目標有較高的主觀質(zhì)量。通過基于在線學習的數(shù)據(jù)庫更新方式，在先驗信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，每次完成目標識別的同時在線更新數(shù)據(jù)庫，增加了目標區(qū)域檢測的準確性。通過分類學習將目標特征與目標重要性系數(shù)相匹配，在檢測目標區(qū)域的同時，輸出的重要性系數(shù)將用于基于感興趣區(qū)域的編碼。通過特征提取和感興趣區(qū)域編碼相結(jié)合的方式，不但能夠提高遙感圖像重要目標的檢測率，還可以高圖像質(zhì)量低速率的傳輸重要目標，能夠滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)和實時性高的應用場景的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0029]圖1基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)框圖
[0030]圖2基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸體制流程圖[0031 ]圖3先驗信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖
[0032]圖4先驗信息數(shù)據(jù)庫的組織調(diào)度流程圖
[0033]圖5基于特征的目標檢測單元結(jié)構(gòu)框圖
[0034]圖6基于特征的目標檢測流程圖
[0035]圖7基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元結(jié)構(gòu)框圖
[0036]圖8基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼流程圖
[0037]圖9基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元結(jié)構(gòu)框圖
[0038]圖10基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼流程圖
【具體實施方式】
[0039]本發(fā)明的特點是:運用基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的技術(shù)進行遙感圖像分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大規(guī)模遙感圖像數(shù)據(jù)高性能編碼傳輸。利用圖像特征提取與特征學習的方法，通過在線學習進行先驗信息數(shù)據(jù)庫的更新，高效識別提取遙感圖像的目標信息，實現(xiàn)失真測度受限條件下遙感圖像信息的大幅度壓縮；利用基于離線學習獲得的先驗信息數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合特定應用下特殊的數(shù)據(jù)內(nèi)容特性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性、數(shù)據(jù)相關(guān)性，使用計算和存儲能力的開銷換取通信能力的大幅提升，在傳輸鏈路速率受限的條件下提升信息傳輸?shù)男?；通過數(shù)字圖像分析和機器學習技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中的應用，利用高價值目標區(qū)域識別基礎(chǔ)上的分層傳輸，實現(xiàn)大規(guī)模遙感圖像數(shù)據(jù)的高效壓縮，解決高分辨率、寬光譜、高量化精度的海量遙感數(shù)據(jù)在有限速率的空天鏈路上進行可靠傳輸?shù)臉I(yè)務需求，為遙感技術(shù)的長期發(fā)展提供可能的通信體制支持。
[0040]基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其特征在于，它包括:至少一組遙感圖像采集設備；至少一個先驗信息數(shù)據(jù)庫；至少一個基于特征的目標檢測單元；至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元；至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元；具有速率限制的空天傳輸鏈路。具體包括:
[0041]所述的基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)按照以下步驟執(zhí)行的組織調(diào)度機制:遙感圖像采集設備進行遙感數(shù)據(jù)信息采集，得到遙感圖像(以矩陣或高位數(shù)組形式組織的遙感圖像像素點信息)以及遙感參數(shù)(包含拍攝位置及姿態(tài)、鏡頭參數(shù)、光譜參數(shù)、矩陣參數(shù)、量化精度等必要信息)；遙感圖像輸入基于特征的重要目標檢測單元，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的先驗信息獲得目標區(qū)域位置信息，其對應的重要性系數(shù)以及提取的各目標區(qū)域特征(利用SIFT，PCA等)輸入數(shù)據(jù)庫，完成在線對各目標區(qū)域特征表示系數(shù)與重要性系數(shù)的映射更新，目標特征向量和特征表示系數(shù)的映射更新；遙感圖像，失真約束信息及目標區(qū)域位置信息和對應重要性系數(shù)輸入基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，編碼單元的輸出為發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)編碼后由空天傳輸鏈路傳輸，在接收端解碼得到接收數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)輸入基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，得到重建的遙感圖像。
[0042]遙感圖像采集設備，輸出如下遙感數(shù)據(jù)信息:以矩陣(高維數(shù)組)形式組織的遙感圖像像素點信息，包括拍攝位置及姿態(tài)、鏡頭參數(shù)、光譜參數(shù)、矩陣(數(shù)組)參數(shù)、量化精度等在內(nèi)的參數(shù)信息。根據(jù)分辨率、鏡頭類型(灰度、全彩色、多光譜)、傳感器量化精度等的不同，遙感數(shù)據(jù)信息相應存在差異。
[0043]先驗信息數(shù)據(jù)庫:根據(jù)遙感圖像采集設備的類型(分辨率、鏡頭類型、量化精度)，結(jié)合應用需求(資源探測、氣候監(jiān)測、軍事情報)，選取相應的現(xiàn)有遙感影像數(shù)據(jù)，在特征提取(可以用主成分分析法)的基礎(chǔ)上建立先驗特征信息數(shù)據(jù)庫(各類礦產(chǎn)資源的光譜數(shù)據(jù)特征、氣候變化的歷史數(shù)據(jù)特征、包含敏感軍事目標的遙感圖像特征)。先驗信息數(shù)據(jù)庫的作用是進行目標檢測及生成目標重要性系數(shù)(給不同目標以不同的權(quán)重系數(shù))。
[0044]所述的先驗信息數(shù)據(jù)庫按照以下步驟執(zhí)行的組織調(diào)度機制:在陸地上，根據(jù)不同目標內(nèi)容的先驗圖像信息進行批量的、一次性的離線學習，對所有選取的資源圖像數(shù)據(jù)、天氣變化數(shù)據(jù)及敏感軍事目標數(shù)據(jù)，進行特征提取(可用PCA，SIFT特征描述法)，以獲得圖像特征與特征表示系數(shù)的對應關(guān)系；在星上進行基于在線學習(如在線字典更新方法)的數(shù)據(jù)更新，根據(jù)具體的應用場景建立相應的數(shù)據(jù)檢索方法:對資源圖像采取光譜數(shù)據(jù)，資源庫和圖像庫交互檢索；對氣候數(shù)據(jù)采取時間變化，氣候標注和云圖數(shù)據(jù)交互檢索；對應軍事目標進行重要目標語義庫，重要目標圖像庫和相應特征的檢索。具體實施步驟為:對地面的圖像數(shù)據(jù)庫進行分類；對不同類別(資源、氣候、軍事)的圖像進行特征提??；將這些特征表示系數(shù)及人工標注的目標的重要性系數(shù)作為分類訓練器的輸入，獲得兩者的映射關(guān)系表，這樣就建立了目標標簽，目標的特征表示系數(shù)及目標重要性系數(shù)的映射關(guān)系表。數(shù)據(jù)庫可按照目標標簽，目標重要性系數(shù)、圖像特征或目標特征表示系數(shù)進行查詢檢索；目標的標簽按照分層語義的方式進行組織。若查詢及檢索失敗，則將該目標特征加入數(shù)據(jù)庫，并重新訓練分類器。
[0045]基于特征的目標檢測單元以遙感圖像采集設備采集得到的遙感圖像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)輸入，利用遙感圖像數(shù)據(jù)的特征表示系數(shù)在先驗信息數(shù)據(jù)庫中的檢索匹配，得到目標標簽并獲得目標重要性系數(shù)及目標區(qū)域位置信息。含有:圖像特征提取模塊，圖像特征匹配模塊，在線數(shù)據(jù)庫更新模塊，其中:
[0046]圖像特征提取模塊以矩陣(多維數(shù)組)形式組織的遙感圖像數(shù)據(jù)像素信息為輸入，使用與應用類型相適應的遙感圖像特征提取算法提取圖像特征。提取得到的圖像特征包括特征點坐標及特征點描述。其中，特征點描述以高維向量簇的形式進行組織，供圖像特征匹配模塊進行特征匹配。
[0047]圖像特征匹配模塊以獲取的遙感圖像的目標特征向量為輸入，利用在線字典學習算法尋找特征向量在數(shù)據(jù)庫中的表示系數(shù)，經(jīng)過檢索和匹配表示系數(shù)，輸出對應的目標重要性系數(shù)及區(qū)域位置信息。不能匹配的特征區(qū)域則視為無關(guān)區(qū)域。
[0048]在線數(shù)據(jù)庫更新模塊，以先驗信息數(shù)據(jù)庫和當前特征在數(shù)據(jù)庫中的表示系數(shù)作為輸入，通過在線字典學習算法，獲得新的特征表示系數(shù)，同時完成對特征向量和特征表示系數(shù)映射的更新，并用于下一次的基于特征的目標檢測。
[0049]基于特征的目標檢測單元具體實施步驟為:遙感圖像采集設備采集得到遙感圖像；圖像特征提取模塊對遙感圖像進行處理，提取得到遙感圖像的圖像特征；根據(jù)遙感圖像特征，建立數(shù)據(jù)庫查詢條件，與先驗信息數(shù)據(jù)庫進行交互，得到圖像特征的表示系數(shù)(在字典中的索引系數(shù))，并查詢映射表獲得目標重要性系數(shù)；利用重要性系數(shù)信息獲得遙感圖像中目標區(qū)域位置信息；根據(jù)獲得的特征表示系數(shù)及先前數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的映射表，對映射關(guān)系和映射元素進行更新。
[0050]基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元結(jié)合基于圖像特征的目標檢測單元的輸出信息，在根據(jù)重要性系數(shù)劃分區(qū)域的基礎(chǔ)上，重要性系數(shù)較大的分配較多的編碼碼率，反之分配較少的編碼碼率，在有限速率下保證高價值目標區(qū)域的圖像質(zhì)量。基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元包括區(qū)域變換模塊，碼率控制模塊，量化器，復合數(shù)據(jù)編碼模塊。
[0051]區(qū)域變換模塊根據(jù)基于特征的目標檢測單元的輸出，目標區(qū)域位置信息和重要性系數(shù)輸入碼率控制單元，根據(jù)區(qū)域位置信息與空域像素進行變換，將空域變換到能量集中的變換域，輸出變換系數(shù)。
[0052]碼率控制模塊以目標區(qū)域位置信息，目標重要性系數(shù)和設定的輸出碼率信息作為輸入，在預設的失真限制條件下，根據(jù)對不同重要性的區(qū)域進行碼率優(yōu)化分配，對應不同目標區(qū)域的輸出不同的量化參數(shù)。
[0053]量化器以區(qū)域變換模塊輸出的變換系數(shù)和碼率控制模塊的控制信息作為輸入，對不同重要性系數(shù)的目標區(qū)域采取不等精度的量化(不同設置的量化表)，在規(guī)定的失真限度下，能夠保證有限速率下重要目標的圖像主觀質(zhì)量，同時將量化系數(shù)輸出。
[0054]復合數(shù)據(jù)編碼模塊以量化系數(shù)，目標區(qū)域位置信息作為輸入，進行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)編碼。對量化系數(shù)進行熵編碼(如CABAC、Huffman等方法)，并且編碼器對于重要參數(shù)提供額外的編碼保護，從而控制數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的失真對數(shù)據(jù)解碼造成的影響。編碼模塊生成二進制碼流通過傳輸鏈路發(fā)送給基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元。
[0055]基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元具體實施步驟為:將基于特征的目標檢測單元輸出的目標區(qū)域重要性系數(shù)和目標區(qū)域位置信息輸入?yún)^(qū)域變換模塊，得到不同區(qū)域的變換域系數(shù)；將目標區(qū)域位置信息，目標重要性系數(shù)和設定的輸出碼率信息輸入碼率控制單元，碼率控制單元通過碼率優(yōu)化分配，實現(xiàn)對不同重要性區(qū)域的不等精度量化；將來自區(qū)域變換模塊的變換系數(shù)，碼率控制模塊的控制信息作為量化器的輸入，得各目標區(qū)域的量化系數(shù)；將來自量化器的量化系數(shù)及目標區(qū)域位置信息，輸入復合數(shù)據(jù)編碼器，得到發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0056]基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元以基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元所輸出的、經(jīng)傳輸鏈路發(fā)送的二進制碼流為輸入，對接收的編碼數(shù)據(jù)進行解碼，并結(jié)合數(shù)據(jù)解碼后的各目標區(qū)域位置信息，實現(xiàn)不同區(qū)域的恢復重建?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元包括復合數(shù)據(jù)解碼器，反量化器，逆變換模塊，目標區(qū)域復合模塊。
[0057]復合數(shù)據(jù)解碼器以基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元所輸出的經(jīng)傳輸鏈路發(fā)送的二進制碼流為輸入，進行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)解碼，并結(jié)合糾錯編碼完成數(shù)據(jù)檢錯及糾錯。復合數(shù)據(jù)解碼器輸出各目標區(qū)域位置信息，各目標區(qū)域的量化系數(shù)。
[0058]反量化器根據(jù)設定的量化方法，以數(shù)據(jù)解碼后的量化系數(shù)作為輸入，對量化系數(shù)進行反量化操作，得到反量化后的變換域系數(shù)。
[0059]逆變換模塊根據(jù)反量化器的輸出和預先規(guī)定的變換方式，做逆變換后得到各目標區(qū)域的空域像素值。
[0060]目標區(qū)域復合模塊以逆變換模塊輸出的空域像素值和目標區(qū)域位置信息為輸入，將各區(qū)域復合成重建的遙感圖像，經(jīng)后處理后輸出。
[0061]基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元具體實施步驟為:復合數(shù)據(jù)解碼器進行數(shù)據(jù)解碼，得到各目標區(qū)域位置信息以及各區(qū)域的量化系數(shù)；將各目標區(qū)域的量化系數(shù)輸入到反量化器，得到各目標區(qū)域的變換域系數(shù)；逆變換模塊根據(jù)變換域系數(shù)實現(xiàn)變換域到空域像素值的轉(zhuǎn)化；目標區(qū)域復合模塊的作用是將恢復的各區(qū)域的像素值以及跟目標區(qū)域的位置信息整合，得到重建的遙感圖像。
[0062]具有速率限制的空天傳輸鏈路提供二進制碼流的空天信息傳輸，連接遙感平臺信息發(fā)送端(編碼單元)及數(shù)據(jù)中心信息接收端(解碼單元)。該傳輸鏈路具有能夠支持的傳輸速率上限。
[0063]基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其特征在于包括:
[0064]至少一組遙感圖像采集設備，它輸出一路遙感數(shù)據(jù)信息，包括以矩陣(高維數(shù)組)形式組織的遙感圖像像素點信息，以及包含拍攝位置及姿態(tài)、鏡頭參數(shù)、光譜參數(shù)、矩陣(數(shù)組)參數(shù)、量化精度等在內(nèi)的參數(shù)信息。
[0065]至少一個面向特定應用的先驗信息數(shù)據(jù)庫及相應的組織調(diào)度機制，數(shù)據(jù)庫根據(jù)特定應用需求與場景(資源、氣候、軍事)和已有的先驗數(shù)據(jù)，通過分類學習算法(可用支持向量機)，在地面離線建立特征向量和特征表示系數(shù)映射關(guān)系(字典)，特征表示系數(shù)和目標重要性系數(shù)的映射表，并支持相應的數(shù)據(jù)檢索操作。此處，在設定的特征描述方式下，先驗信息為設定應用場景下(資源、氣候、軍事)的遙感圖像中重要目標的數(shù)據(jù)(經(jīng)特征提取后的光譜、標注、目標信息)。數(shù)據(jù)庫星上功能除了具備檢索查詢操作功能，還具有在線更新的功倉泛。
[0066]至少一個基于特征的目標檢測單元及相應的組織調(diào)度機制，以遙感圖像采集設備采集得到一幅的遙感圖像數(shù)據(jù)為輸入，并具有先驗信息數(shù)據(jù)庫訪問接口，利用規(guī)定的特征提取方法(如SIFT)獲得遙感圖像的特征向量，通過在線字典學習獲得特征向量對應的特征表示系數(shù)，并檢索得到特征對應的目標重要性系數(shù)，同時更新兩者的映射關(guān)系(更新字典)。基于特征的目標檢測單元包括圖像特征提取模塊、圖像特征匹配模塊以及在線數(shù)據(jù)庫更新模塊。圖像特征提取模塊以一幅遙感圖像數(shù)據(jù)為輸入，使用圖像特征提取算法，提取其圖像特征(包括特征點位置信息及相應的特征描述向量)。圖像特征匹配模塊獲取的遙感圖像的目標特征向量為輸入，利用在線字典學習算法尋找特征向量在數(shù)據(jù)庫中的表示系數(shù)，經(jīng)過檢索和匹配表示系數(shù)，輸出對應的目標重要性系數(shù)及區(qū)域位置信息。在線數(shù)據(jù)庫更新模塊使用在線字典學習算法，以先驗信息數(shù)據(jù)庫和當前特征在數(shù)據(jù)庫中的表示系數(shù)作為輸入，獲得新的特征表示系數(shù)，同時完成對特征向量和特征表示系數(shù)映射的更新，并用于下一次的基于特征的目標檢測；基于特征的目標檢測單元以遙感圖像采集設備為輸入，與先驗信息數(shù)據(jù)庫進行交互，輸出端連接基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元。
[0067]至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，根據(jù)基于特征的目標檢測單元所給出的目標區(qū)域位置信息及目標重要性系數(shù)，在給定的失真約束(如PSNR限制)或受限制的速率下，采用不等優(yōu)先級的編碼方式，結(jié)合不等的差錯保護形成發(fā)射數(shù)據(jù)，由空天傳輸鏈路傳輸。基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元包括區(qū)域變換模塊，碼率控制模塊，量化器，復合數(shù)據(jù)編碼模塊。區(qū)域變換模塊根據(jù)基于特征的目標檢測單元的輸出，目標區(qū)域重要性系數(shù)輸入碼率控制模塊，目標區(qū)域位置信息和空域像素經(jīng)過變換(如方向自適應小波變換)，將空域像素變換為能量集中的變換域系數(shù)。量化器以區(qū)域變換模塊輸出的變換域系數(shù)和碼率控制器的控制信息作為輸入，對不同的目標區(qū)域采取不等精度地量化(不同設置的量化表)，在規(guī)定的失真限度下，能夠保證有限速率下重要目標的主觀質(zhì)量，同時將量化系數(shù)輸出。復合數(shù)據(jù)編碼模塊以量化器的系數(shù)，目標區(qū)域位置信息作為輸入，進行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)編碼。對量化系數(shù)進行熵編碼(如CABAC、Huffman等)，并且編碼器對于重要參數(shù)提供額外的編碼保護，從而控制數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的失真對數(shù)據(jù)解碼造成的影響，最終輸出用于傳輸?shù)亩M制碼流?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元的輸入端連接以遙感圖像采集設備和基于特征的目標檢測單元，輸出端接入空天傳輸鏈路。
[0068]至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，根據(jù)經(jīng)空天傳輸鏈路傳輸獲得的二進制碼流，進行數(shù)據(jù)解碼獲得各目標區(qū)域的空域像素值及目標區(qū)域位置信息，經(jīng)復合重建完成基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元包括復合數(shù)據(jù)解碼器，反量化器，逆變換模塊，目標區(qū)域復合模塊。復合數(shù)據(jù)解碼器對接收的二進制碼流，進行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)解碼，并結(jié)合糾錯編碼完成數(shù)據(jù)檢錯及糾錯，輸出各目標區(qū)域位置信息，各目標區(qū)域的量化系數(shù)。反量化器根據(jù)設定的量化方式，以數(shù)據(jù)解碼后的量化系數(shù)作為輸入，得到反量化后的變換域系數(shù)。逆變換模塊根據(jù)反量化器的輸出和預先規(guī)定的變換方式(如方向自適應小波變換)，做逆變換后得到各目標區(qū)域的空域的像素值。目標區(qū)域復合模塊以逆變換模塊輸出的空域像素值和目標區(qū)域位置信息為輸入，將各區(qū)域復合成重建的遙感圖像并輸出?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元接收來自空天傳輸鏈路的數(shù)據(jù)，并輸出重建遙感圖像數(shù)據(jù)。
[0069]具有速率限制的空天傳輸鏈路，提供二進制碼流的空天信息傳輸，連接遙感平臺信息發(fā)送端(編碼單元)及數(shù)據(jù)中心信息接收端(解碼單元)。該傳輸鏈路具有能夠支持的傳輸速率上限。
[0070]基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)和通信體制是按照以下步驟實現(xiàn)的:
[0071]I)遙感圖像采集設備進行遙感數(shù)據(jù)信息采集，得到遙感圖像(以矩陣或高位數(shù)組形式組織的遙感圖像像素點信息)以及遙感參數(shù)(包含拍攝位置及姿態(tài)、鏡頭參數(shù)、光譜參數(shù)、矩陣參數(shù)、量化精度等必要信息)。[0072]2)遙感圖像輸入基于特征的目標檢測單元。目標檢測單元根據(jù)遙感圖像進行圖像特征提取，同先驗信息數(shù)據(jù)庫進行交互，獲得圖像特征區(qū)域位置信息和目標重要性系數(shù)，并在線更新數(shù)據(jù)庫。
[0073]3)遙感圖像，目標區(qū)域位置信息及目標重要性系數(shù)輸入基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，經(jīng)壓縮編碼得到發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0074]4)發(fā)送數(shù)據(jù)通過空天傳輸鏈路傳輸，在接收端解碼得到接收數(shù)據(jù)。
[0075]5)接收數(shù)據(jù)輸入基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，輸出為重建圖像信息。
[0076]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】說明如下。
[0077]本發(fā)明所述的基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其體系框架與基本結(jié)構(gòu)參見附圖1。該基本結(jié)構(gòu)中含有:
[0078]至少一組遙感圖像采集設備，它輸出一路遙感數(shù)據(jù)信息，包括以矩陣(高維數(shù)組)形式組織的遙感圖像像素點信息，以及包含拍攝位置及姿態(tài)、鏡頭參數(shù)、光譜參數(shù)、矩陣(數(shù)組)參數(shù)、量化精度等在內(nèi)的參數(shù)信息。
[0079]面向特定應用的先驗信息數(shù)據(jù)庫及相應的組織調(diào)度機制，數(shù)據(jù)庫根據(jù)特定應用需求與場景和已有的先驗數(shù)據(jù)建立，并支持相應的數(shù)據(jù)檢索操作。此處，在設定的特征描述方式下，先驗信息為設定應用場景下的遙感圖像中重要目標的特征數(shù)據(jù)信息。
[0080]基于特征的目標檢測單元及機制，以遙感圖像采集設備采集得到一幅的遙感圖像數(shù)據(jù)為輸入，并具有先驗信息數(shù)據(jù)庫訪問接口，利用規(guī)定的特征提取方法獲得遙感圖像的特征描述向量，通過在線字典學習獲得特征向量對應的特征表示系數(shù)，并檢索得到特征對應的目標重要性系數(shù)，同時更新兩者的映射關(guān)系(更新字典)，在完成數(shù)據(jù)庫更新的同時，輸出目標區(qū)域位置信息和目標重要性系數(shù)?；谔卣鞯哪繕藱z測單元以遙感圖像采集設備為輸入，與先驗信息數(shù)據(jù)庫進行交互，輸出端連接基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元。
[0081]至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，根據(jù)基于特征的目標檢測單元所給出的目標區(qū)域位置信息及目標重要性系數(shù)，在給定的失真約束或受限制的速率下，采用分層編碼方式，結(jié)合不等差錯保護形成發(fā)射數(shù)據(jù)，由空天傳輸鏈路傳輸?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元的輸入端連接以遙感圖像采集設備和基于特征的目標檢測單元，輸出端接入空天傳輸鏈路
[0082]至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，根據(jù)通過空天傳輸鏈路傳輸獲得的二進制碼流，進行數(shù)據(jù)解碼獲得各目標區(qū)域的空域像素值以目標區(qū)域位置信息，經(jīng)復合重建完成基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元接收來自空天傳輸鏈路的數(shù)據(jù)，并輸出重建遙感圖像數(shù)據(jù)
[0083]具有速率限制的空天傳輸鏈路，提供二進制碼流的空天信息傳輸，連接遙感平臺信息發(fā)送端(編碼單元)及數(shù)據(jù)中心信息接收端(解碼單元)。該傳輸鏈路具有能夠支持的傳輸速率上限。
[0084]根據(jù)上述基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)及通信體制的基本結(jié)構(gòu)的描述，本發(fā)明的實現(xiàn)流程包括以下步驟，參見附圖2:
[0085]I)遙感圖像采集設備進行遙感數(shù)據(jù)信息采集，得到遙感圖像(以矩陣或高位數(shù)組形式組織的遙感圖像像素點信息)以及遙感參數(shù)(包含拍攝位置及姿態(tài)、鏡頭參數(shù)、光譜參數(shù)、矩陣參數(shù)、量化精度等必要信息)。
[0086]2)遙感圖像輸入基于特征的目標檢測單元。目標檢測單元根據(jù)遙感圖像進行圖像特征提取，同先驗信息數(shù)據(jù)庫進行交互，獲得圖像特征對應目標區(qū)域位置信息和目標重要性系數(shù)，并更新數(shù)據(jù)庫。
[0087]3)遙感圖像，目標區(qū)域位置信息及目標重要性系數(shù)輸入基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，經(jīng)壓縮編碼得到發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0088]4)發(fā)送數(shù)據(jù)通過空天傳輸鏈路傳輸，在接收端解碼得到接收數(shù)據(jù)。
[0089]5)接收數(shù)據(jù)輸入基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，輸出為重建圖像信息。
[0090]本發(fā)明的重要特征還在于它包含先驗信息數(shù)據(jù)庫及相應的組織調(diào)度機制。先驗信息數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)參見附圖3，它包括:
[0091]數(shù)據(jù)檢索輸入接口，包括基于圖像特征的數(shù)據(jù)存儲和檢索，以提取的輸入圖像的特征向量為關(guān)鍵字，組織遙感圖像信息在數(shù)據(jù)庫中的存儲模式，以便于快速進行特征匹配和目標檢測；基于目標重要性系數(shù)的數(shù)據(jù)索引，以目標重要性系數(shù)為關(guān)鍵字，組織遙感圖像特征向量、特征向量的表示系數(shù)在數(shù)據(jù)庫中的存儲模式，以便于快速查找訪問。
[0092]先驗信息數(shù)據(jù)庫初始化模塊的數(shù)據(jù)有:遙感圖像數(shù)據(jù)，以像素矩陣(數(shù)組)的組織形式存儲遙感圖像信息；各類目標標注的標簽，即目標語義名稱；利用所確定的圖像特征提取方法(如SIFT、光譜特征，紅外特征等)得到對應目標的特征向量；根據(jù)實際需求賦予各類目標不同的重要性系數(shù)。此外還包括離線字典學習建立圖像特征向量和特征表示系數(shù)的關(guān)系，即初始字典；利用一定的分類算法(如支持向量機，最近鄰分類等)建立特征表示系數(shù)與目標重要性系數(shù)之間的映射表；同時建立原始目標圖像與特征向量之間的索引。
[0093]檢索結(jié)果輸出接口，根據(jù)不同的檢索需求,將來自先驗信息數(shù)據(jù)庫的查詢結(jié)果輸出。若檢索目標圖像，則輸出數(shù)字圖像矩陣，若檢索圖像特征，則輸出對應目標圖像特征向量；若檢索重要性系數(shù)，則輸出目標的重要性系數(shù)。
[0094]根據(jù)上述先驗特征信息數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)描述，其調(diào)度機制包括以下步驟，參見附圖4:
[0095]I)檢索輸入接口接收來自數(shù)據(jù)庫外部的檢索請求。
[0096]2)判斷檢索請求類型，如果是基于圖像特征的檢索，則查詢基于圖像特征的數(shù)據(jù)索引；如果是基于目標重要性系數(shù)的檢索，則查詢基于目標重要性系數(shù)的數(shù)據(jù)索引。
[0097]3_a)若查詢成功，且查詢的是基于圖像特征的數(shù)據(jù)索引，則根據(jù)索引信息獲得遙感圖像特征，隨后根據(jù)圖像與圖像特征雙向索引，獲得與之相對應的遙感圖像；若查詢成功，且查詢的是基于目標重要性系數(shù)的數(shù)據(jù)索引，則根據(jù)索引信息獲得遙感圖像，隨后查詢圖像與圖像特征雙向索引，獲得與之相對應的圖像特征。
[0098]3_b)若查詢失敗，則說明查詢的數(shù)據(jù)不包含在先驗信息數(shù)據(jù)庫中，生成空圖像及空圖像特征。
[0099]4)整合遙感圖像，遙感圖像特征及目標重要性系數(shù)的查詢結(jié)果，輸出數(shù)據(jù)庫。
[0100]本發(fā)明的重要特征還在于它包含至少一個基于特征的目標檢測單元。基于特征的目標檢測單元的結(jié)構(gòu)框圖參見附圖5，它包括:[0101]圖像特征提取模塊以矩陣(多維數(shù)組)形式組織的遙感圖像數(shù)據(jù)像素信息為輸入，使用與應用類型相適應的遙感圖像特征提取算法提取圖像特征，亦或利用現(xiàn)有應用較廣泛的特征表示方法如SURF, HOG等。提取得到的圖像特征包括特征點坐標及特征點描述。其中，特征點描述表示為高維向量簇，供圖像特征匹配模塊進行特征匹配。
[0102]圖像特征匹配模塊獲取的遙感圖像的目標特征向量為輸入，利用在線字典學習算法尋找特征向量在數(shù)據(jù)庫中的表示系數(shù)，經(jīng)過檢索和匹配表示系數(shù)，輸出對應的目標重要性系數(shù)及區(qū)域位置信息。不能匹配的特征區(qū)域則視為無關(guān)區(qū)域。
[0103]在線數(shù)據(jù)庫更新模塊，先驗信息數(shù)據(jù)庫和當前特征在數(shù)據(jù)庫中的表示系數(shù)作為輸入，通過在線字典學習算法，獲得新的特征表示系數(shù)，同時完成對特征向量和特征表示系數(shù)映射的更新，并用于下一次的基于特征的目標檢測。
[0104]根據(jù)上述基于特征的目標檢測單元的結(jié)構(gòu)描述，其運行機制包括以下步驟，參見附圖6:
[0105]I)遙感圖像采集設備采集得到遙感圖像；。
[0106]2)圖像特征提取模塊對遙感圖像進行處理，提取得到遙感圖像的圖像特征；
[0107]3)根據(jù)遙感圖像特征建立數(shù)據(jù)庫查詢條件，與先驗信息數(shù)據(jù)庫進行交互，根據(jù)字典表示得到圖像特征表示系數(shù)，并查詢獲得目標重要性系數(shù)；
[0108]4)用目標區(qū)域重要性系數(shù)獲得遙感圖像中區(qū)域位置信息；
[0109]5)根據(jù)獲得的特征表示系數(shù)及先驗信息數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)庫的在線更新。
[0110]本發(fā)明的重要特征還在于它包含至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元。基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元的結(jié)構(gòu)框圖參見附圖7，它包括:
[0111]區(qū)域變換模塊根據(jù)基于特征的目標檢測單元的輸出，目標區(qū)域重要性系數(shù)信息輸入碼率控制單元，各目標目標區(qū)域位置信息和對應空域像素經(jīng)過變換(可以使方向自適應小波變換)，將空域變換到能量集中的變換域。
[0112]量化器以區(qū)域變換模塊輸出的變換系數(shù)和碼率控制器的控制信息作為輸入，對不同的目標區(qū)域采取不等精度地量化(不同設置的量化表)，在率失真優(yōu)化下將量化系數(shù)輸出。
[0113]復合數(shù)據(jù)編碼模塊以量化器的系數(shù)，目標區(qū)域位置信息作為輸入，進行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)編碼。對量化系數(shù)進行熵編碼(如CABAC、Huffman等方法)，并且編碼器對于重要參數(shù)提供額外的編碼保護，最終輸出用于傳輸?shù)亩M制碼流。
[0114]根據(jù)上述基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元的結(jié)構(gòu)描述，其運行機制包括以下步驟，參見附圖8:
[0115]I)基于特征的目標檢測單元生成的各區(qū)域區(qū)域重要性系數(shù)和區(qū)域位置信息輸入?yún)^(qū)域變換模塊，得到不同區(qū)域的變換域系數(shù)；
[0116]2)將目標區(qū)域位置信息，目標重要性系數(shù)和設定的輸出碼率信息輸入碼率控制單元，碼率控制單元通過碼率優(yōu)化分配，實現(xiàn)對不同重要性區(qū)域的不等精度量化；
[0117]3)將來自區(qū)域變換模塊的變換系數(shù)及碼率控制模塊的控制信息作為量化器的輸入，得各目標區(qū)域的量化系數(shù)；
[0118]4)將來自量化器的量化系數(shù)及目標區(qū)域位置信息，輸入復合數(shù)據(jù)編碼器，得到發(fā)送數(shù)據(jù)。[0119]本發(fā)明的重要特征還在于它包含至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元?；诟信d趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元的結(jié)構(gòu)框圖參見附圖9，它包括:
[0120]復合數(shù)據(jù)解碼器對接收的二進制碼流，進行結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)解碼，并結(jié)合糾錯編碼完成數(shù)據(jù)檢錯及糾錯，輸出各目標區(qū)域位置信息，各目標區(qū)域的量化系數(shù)。
[0121]反量化器根據(jù)設定的量化方式(如均勻量化)，以數(shù)據(jù)解碼后的量化系數(shù)作為輸入，得到反量化后的變換域系數(shù)。
[0122]逆變換模塊根據(jù)反量化器的輸出和預先規(guī)定的變換方式(如方向自適應小波變換)，做逆變換后得到各目標區(qū)域的空域的像素值
[0123]目標區(qū)域復合模塊接收來自逆變換模塊輸出的空域像素值和目標區(qū)域位置信息為輸入，將各區(qū)域復合成重建，并結(jié)合后處理技術(shù)將遙感圖像輸出。
[0124]根據(jù)上述基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元的結(jié)構(gòu)描述，其運行機制包括以下步驟，參見附圖10:
[0125]I)復合數(shù)據(jù)解碼器進行數(shù)據(jù)解碼，得到各目標區(qū)域位置信息以及各區(qū)域的量化系數(shù)；
[0126]2)各目標區(qū)域的量化系數(shù)輸入到反量化器，得到各目標區(qū)域的變換域系數(shù)；
[0127]3)逆變換模塊根據(jù)變換域系數(shù)實現(xiàn)變換域到空域像素值的轉(zhuǎn)化；
[0128]4)目標區(qū)域復合模塊的作用是將恢復的各區(qū)域的像素值以及與目標區(qū)域位置信息整合，并經(jīng)過后處理得到重建的遙感圖像。
【權(quán)利要求】
1.基于數(shù)據(jù)庫在線學習更新的有限速率下遙感圖像傳輸系統(tǒng)，其特征在于含有航天遙感部分，空天傳輸部分以及地面接收部分，其中: 航天遙感部分包括:至少一組遙感圖像采集設備；至少一個先驗信息數(shù)據(jù)庫；至少一個基于特征的目標檢測單元；至少一個基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元；遙感圖像采集設備含有:遙感圖像設備的類型信息，包括鏡頭類型、分辨率以及傳感器量化精度；應用需求信息，至少包括資源探測、氣候監(jiān)測、軍事情報；輸出:所述的遙感圖像采集設備類型信息和應用需求信息，拍攝位置及姿態(tài)，以矩陣或高維數(shù)組形式組織的遙感圖像像素點信息，簡稱遙感圖像信息。 先驗信息數(shù)據(jù)庫，這是一種先在陸地上根據(jù)所述遙感圖像采集設備類型信息、所述應用需求信息、相應的遙感圖像數(shù)據(jù)建立，以后又不斷地在星上學習更新后輸入的目標先驗信息數(shù)據(jù)庫； 所述的目標先驗信息，用數(shù)組的形式表示，各數(shù)據(jù)之間具有一一對應的映射關(guān)系，其中包括:所述遙感圖像采集設備類型信息、作為所述應用需求的目標以及用人工標注的目標重要度信息；所述目標的遙感圖像數(shù)據(jù)信息，簡稱遙感圖像；所述遙感圖像的特征向量及特征表示系數(shù)，在陸地上以離線學習的方式用主成分分析法PCA或特征描述方法SIFT得到；在星上是以在線學習的方式，經(jīng)相同的特征提取方法后，用在線字典學習的方法進行數(shù)據(jù)更新后得到的；所述的圖像特征是指:各類礦產(chǎn)資源的光譜數(shù)據(jù)特征，或者氣候變化的歷史數(shù)據(jù)特征，或者敏感軍事目標的遙感圖像特征；采用的數(shù)據(jù)檢索方式包括按圖像特征向量索引或目標重要性系數(shù)索引進行檢索，所述圖像特征包括:對礦產(chǎn)資源，采取光譜數(shù)據(jù)資源庫和圖像庫交互檢索，對氣候變化數(shù)據(jù)，采取時間變化、氣候標注和云圖數(shù)據(jù)交互檢索，對軍事目標采取重要目標語義庫、重要目標圖像庫和相應特征的交互更新； 基于特征的目標檢測單元，含有:圖像特征提取模塊，圖像特征匹配模塊以及在線數(shù)據(jù)庫更新模塊，其中:` 圖像特征提取模塊，設有:所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的訪問接口，從遙感圖像采集設備輸入一組標注有遙感圖像采集設備的類型信息、應用需求信息以及拍攝位置和姿態(tài)信息庫、以矩陣或高維數(shù)組形式組織的遙感圖像信息，使用與目標相適應的目標特征描述算法SIFT獲得遙感圖像的特征向量,所述特征向量包括特征點坐標及特征點描述,所述特征點描述是指高維數(shù)組向量簇； 圖像特征匹配模塊，設有:所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的訪問接口，所述圖像特征匹配模塊從圖像特征提取模塊輸入所述遙感圖像的特征向量，通過在線字典學習算法獲得與所述遙感圖像的特征向量對應的特征表示系數(shù)，通過與所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的檢索與匹配，得到對應目標的重要性系數(shù)，匹配失敗則為無效區(qū)域，同時輸入目標重要性系數(shù)及其對應的區(qū)域位置信息到所述的基于感興趣區(qū)域的有限速率編碼單元； 在線數(shù)據(jù)更新模塊，設有:所述先驗信息數(shù)據(jù)庫的訪問接口，以所述圖像特征匹配模塊輸入的表示系數(shù)與所述先驗信息數(shù)據(jù)庫中得到的表示系數(shù)作為輸入，通過在線字典學習算法，獲得新的與當前所述的遙感圖像特征向量對應的表示系數(shù)，同時完成對所述先驗信息數(shù)據(jù)庫中所述遙感圖像特征向量與表示系數(shù)的更新，供下一次基于特征的目標檢測利用；基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像編碼單元，設有:區(qū)域變換模塊，碼率控制模塊，量化器，復合數(shù)據(jù)編碼模塊，其中:區(qū)域變換模塊輸入為遙感圖像、目標重要性系數(shù)及其對應的目標區(qū)域位置信息，把目標區(qū)域位置信息和空域像素信息通過方向自適應小波變換把空域像素變換到能量集中的變換域，再把變換系數(shù)輸出； 碼率控制模塊，從所述基于特征的目標檢測單元輸入目標重要性信息及對應的目標區(qū)域位置信息，根據(jù)設定的輸出碼率，在設定的失真約束或受限制的速率下，對不同重要度的目標區(qū)域進行碼率優(yōu)化分配，輸出不同的量化系數(shù)； 量化器從所述區(qū)域變換模塊輸入?yún)^(qū)域變換系數(shù)，從所述碼率控制模塊輸入對應的量化系數(shù)，對不同目標重要度的區(qū)域建立不等精度的量化系數(shù)表，結(jié)合隨影的目標區(qū)域位置信息，輸出到所述復合數(shù)據(jù)編碼模塊； 復合數(shù)據(jù)編碼模塊，對輸入的區(qū)域位置信息及對應的量化系數(shù)表中的量化系數(shù)進行熵編碼，且對重要度高的量化系數(shù)提供額外的編碼保護，以控制失真對數(shù)據(jù)解碼的影響，最后生成二進制碼流送往空天傳輸部分； 空天傳輸部分，是一個速率受限的空天傳輸鏈路，以所述復合數(shù)據(jù)編碼模塊輸入二進制碼流，送往所述地面接收部分； 地面接收部分，是一臺計算機，內(nèi)設有:基于感興趣區(qū)域的有限速率遙感圖像解碼單元，含有復合數(shù)據(jù)解碼模塊，反量化器，逆變換模塊，目標區(qū)域復合模塊，其中:· 復合數(shù)據(jù)解碼器，從所述空天傳輸鏈路輸入二進制碼流，進行結(jié)構(gòu)化解碼，結(jié)合糾錯編碼完成數(shù)據(jù)檢錯及糾錯，輸出目標區(qū)域位置信息及對應的量化系數(shù)； 反量化器，對所述復合數(shù)據(jù)解碼模塊輸入的量化系數(shù)進行反量化操作，輸出反量化后的變換域系數(shù)； 逆變換模塊，對從反量化器輸入的變換域系數(shù)作逆變換，輸出目標區(qū)域的空域像素值； 目標區(qū)域復合模塊根據(jù)所述的數(shù)據(jù)編碼模塊輸入的目標區(qū)域位置信息和所述逆變換模塊輸入的空域像素值進行整合得到重建的遙感圖像。
【文檔編號】G06F17/30GK103442225SQ201310320743
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】陶曉明, 繆亞男, 劉喜佳, 葛寧, 陸建華 申請人:清華大學