專利名稱：一種適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，特別是涉及一種適用于無人機(jī)序列圖 像的壓縮方法。
背景技術(shù)：
隨著成像技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)獲取的圖像分辨率不斷提高，圖像數(shù)據(jù) 量急劇增大，而通信信道的帶寬又是非常有限的，因此必須對(duì)獲取的圖像 數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)壓縮以大幅減少其數(shù)據(jù)量。另一方面，無人機(jī)飛行速 度快，飛行高度較高，相對(duì)普通圖像，無人機(jī)圖像分辨率高，空間相關(guān)性 較差，時(shí)間相關(guān)性與普通視頻也明顯不同。現(xiàn)有圖像和視頻壓縮算法和系 統(tǒng)在算法復(fù)雜度、壓縮性能、壓縮速度、響應(yīng)時(shí)間、碼流控制等方面或多
或少有所欠缺，無法完全滿足工程實(shí)踐的需求，如當(dāng)前使用的MJPEG2000 算法(參考文獻(xiàn)ISO/IEC 15444-3 Motion-JPEG2000 (JPEG2000 Part 3), 2002.)，其使用JPEG2000算法作幀內(nèi)壓縮，能獲得較高的復(fù)原效果，但是 由于沒有去除幀間冗余，導(dǎo)致無法有效提高壓縮比。而H.264壓縮算法(參 見文獻(xiàn)ITU Draft Recommendation H.264,ISO/IEC Draft International Standard 14496-10.JVT-G050rl)中采用了多宏塊劃分模式估計(jì)、多參數(shù)幀 估計(jì)等方法，雖然使其獲得了很好的壓縮效果，但是其算法復(fù)雜度太高， 同時(shí)在碼率控制上有不足，對(duì)無人機(jī)一類的圖像并不適應(yīng)。因此，研制專 用的無人機(jī)序列圖像壓縮方法與實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)裝置具有重要的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜度低、壓縮信噪比高、嚴(yán)格控制壓縮 碼率的無人機(jī)序列圖像壓縮方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的實(shí)時(shí)圖像壓縮裝置。
一種適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法，按照以下步驟進(jìn)行 步驟Sl 利用機(jī)載輔助數(shù)據(jù)對(duì)序列幀圖像劃分幀組，每個(gè)幀組內(nèi)的首 幀與其它幀具有圖像重疊區(qū)域；
步驟S2 每個(gè)幀組按照如下方式進(jìn)行壓縮
S201分別計(jì)算當(dāng)前幀與首幀和尾幀的重疊區(qū)域；
S202分別在首幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域，尾幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域中 選取至少五個(gè)匹配塊選擇域，并在這些選擇域中選取匹配塊；
S203分別使用首幀和尾幀對(duì)應(yīng)的匹配塊在當(dāng)前幀內(nèi)作匹配運(yùn)算，進(jìn) 一步求得首幀和尾幀各自到當(dāng)前幀的投影變換矩陣，作為預(yù)測矩陣；
S204利用首幀、尾幀及其各自對(duì)應(yīng)的預(yù)測矩陣估計(jì)得到當(dāng)前幀的預(yù) 測幀，求取當(dāng)前幀與預(yù)測幀的殘差；
S205按照步驟S201~ S204求取幀組內(nèi)首幀以外所有幀的殘差；
S206將首幀與其它幀的殘差圖像拼接成一個(gè)單幅大圖，采用 JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單幅大圖做整體壓縮。
本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 利用機(jī)載數(shù)據(jù)劃分幀組，利用H矩陣進(jìn)行雙向幀組預(yù)測編碼，相 對(duì)于現(xiàn)有算法提高了在提高運(yùn)動(dòng)估計(jì)的速度和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木?，提高了編碼效率，同時(shí)降低了計(jì)算復(fù)雜度；
2. 幀組中采用首幀圖像與當(dāng)前幀的殘差圖像進(jìn)行圖像拼接進(jìn)而應(yīng) 用JPEG2000做整體壓縮，利用JPEG2000壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的PCRD-OPT算法， 優(yōu)化碼流分布，嚴(yán)格控制壓縮碼率；
采用本發(fā)明，可用非常低的硬件成本實(shí)現(xiàn)高達(dá)1024xl024xl00幀/秒的 偵查圖像的實(shí)時(shí)壓縮，在32倍定比壓縮的條件下峰值信噪比(PSNR)達(dá)到 40dB以上，在壓縮性能、處理速度和性價(jià)比等方面均優(yōu)于現(xiàn)有無人機(jī)圖像 壓縮系統(tǒng)。


圖l是壓縮裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是壓縮算法流程圖3是匹配塊選擇區(qū)域示意圖，圖3 (a)為一種選擇方式，圖3 (b) 為另一種選擇方式。
具體實(shí)施例方式
為了更加清楚明白的闡述本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合 附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖1是無人機(jī)序列圖像壓縮裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
102， 104為裝置電路的輸入輸出接口，本裝置設(shè)置為LVDS接口，通 過其他接口設(shè)備，如帶LVDS接口的PCI卡，可以實(shí)現(xiàn)與PC的連接，將采 集到的無人機(jī)序列圖像以及相應(yīng)的機(jī)載輔助數(shù)據(jù)通過102發(fā)送至壓縮板，通過現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA) 103的時(shí)序轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 107的交互。亦可使壓縮后的編碼碼流通過接口 104回傳到PC機(jī)或者其他設(shè)備。
DSP107獲得數(shù)據(jù)之后，開始依照算法設(shè)定的順序，逐步完成智能動(dòng)態(tài)編碼幀組劃分、空頻聯(lián)合快速高精度運(yùn)動(dòng)估計(jì)和多模式H矩陣解算、基于H矩陣的雙向幀組預(yù)測編碼等操作，之后將幀組拼接圖像通過FPGA103送至ADV202。
ADV202是美國模擬器件公司(ADI)推出的視頻和靜止圖像的完全單片PJEG2000壓縮和解壓縮解決方案，其擁有專利的空間超高效遞歸濾波(SURF)技術(shù)使之具有低功耗和低成本的小波壓縮；支持最高達(dá)6級(jí)的9/7和5/3小波變換。利用其對(duì)圖像做JPEG2000壓縮，完成優(yōu)化截?cái)啵a率控制。
幀組壓縮后將輸出數(shù)據(jù)通過FPGA回傳給DSP， DSP將壓縮結(jié)果與H矩陣合成編碼后，轉(zhuǎn)發(fā)FPGA，通過104輸出。
FPGA103完成DSP與ADV202間數(shù)據(jù)交互的邏輯控制，以及相應(yīng)的時(shí)序變換。
DSP操作中需要進(jìn)行的中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)均通過SDRAM (106)完成。FLASH (108)則保存系統(tǒng)所需的配置程序，包括DSP程序，F(xiàn)PGA配置文件，ADV202固件等。
圖2是本發(fā)明序列圖像壓縮算法的流程圖-
Sl:劃分幀組，每個(gè)幀組內(nèi)的首幀與其它幀具有圖像重疊區(qū)域。
幀組劃分可以通過幀內(nèi)容查找，存在局部相同幀內(nèi)容的幀表示具有重疊區(qū)域，這些包含重疊區(qū)域的幀構(gòu)成一組幀組，但這種內(nèi)容査找方法計(jì)算量大，效率低，因此本發(fā)明提供了另一種快速劃分方法，該方法主要依據(jù)機(jī)載輔助數(shù)據(jù)搜索，具體如下-
序列圖像與機(jī)載輔助數(shù)據(jù)輸入到壓縮系統(tǒng)之后，DSP首先依據(jù)機(jī)載輔助數(shù)據(jù)信息，計(jì)算出與第一幀圖像有重疊區(qū)域的系列幀，構(gòu)成一個(gè)幀組，具體方法為
假設(shè)由機(jī)載輔助數(shù)據(jù)得知，無人機(jī)飛行高度為A，視場角為《x《，序列圖像幀頻為/,拍攝第i幀圖像時(shí)的航向瞬時(shí)速度為v,，考慮輔助數(shù)據(jù)提供的速度值誤差為《，則可計(jì)算得出第i幀與第i+j幀之間飛機(jī)的位移^為:
+乂一
,.》
而單幀圖像的拍攝區(qū)域?yàn)锳-2.力.tant, ^=21加|
若^",成立，表明圖像將具有重疊區(qū)域。故滿足
(^f^ + ^+v,+2+…+ v'屮+ 、-3(y + l風(fēng)).^^2./Mant
(1.1)
(1.2)
2'w," ，"、"一 〃 2
的第i幀至第i+j幀之間的所有幀在航向有重疊區(qū)域，同理可以求出在旁向上有重疊區(qū)域的幀為第i幀至第i+k幀。取n-min (j， k)。則有第i幀至第i+n幀構(gòu)成一個(gè)幀組，其中第i幀為首幀，第i+n幀為尾幀。之后再以第i+n
為首幀，滿足上式的一組幀將構(gòu)成新的一個(gè)幀組。這種前一陣組尾幀作為下一幀組首幀的方法，保證了一個(gè)幀組壓縮中只有若干殘差幀和一個(gè)完整幀，提高了壓縮比。以當(dāng)前的無人機(jī)典型飛行參數(shù)為例，設(shè)定飛行高度^
為1000m，航向速度v-250m/s，旁向速度為Om/s，速度誤差5m/s,頻幀/=25fps，攝像機(jī)對(duì)地面的景物進(jìn)行下視拍攝，視場角0為3°，可求得n為4。假設(shè)無人機(jī)平穩(wěn)飛行，則有0-4幀為一個(gè)幀組，4-8幀為一個(gè)幀組，以此類推。
這些有圖像重疊區(qū)域的幀構(gòu)成一個(gè)幀組。第一幀為首幀，最后一幀為尾幀，DSP將這些幀以及記在輔助數(shù)據(jù)同時(shí)搬移至SDRAM內(nèi)暫存，以備下一步操作S202使用。
如果，n=0，即表示連續(xù)兩幀圖像間沒有重疊區(qū)域，此時(shí)，將第i幀單獨(dú)作為一個(gè)幀組，即首幀即尾幀，此時(shí)對(duì)幀做幀內(nèi)壓縮即可，不必進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)。
S2每個(gè)幀組按照如下方式進(jìn)行壓縮。
S201:在各幀組內(nèi)，分別計(jì)算當(dāng)前幀與首幀和尾幀的重疊區(qū)域。DSP首先利用<formula>formula see original document page 10</formula>
(其中v,為機(jī)載數(shù)據(jù)提供的第i幀的航向速度，^為速度誤差)計(jì)算出當(dāng)前幀(i+j幀)相對(duì)首幀(i幀)的航向位移",n。同理可以求得當(dāng)前幀(i+j幀)相對(duì)首幀(i幀)的旁向位移化，,，則有當(dāng)前幀(i+j幀)與首幀(i幀)的重疊區(qū)域?yàn)榕c(A，、)之間的矩形區(qū)域在首幀上的成像區(qū)域。其中^-2.A.tant， ；=2."anf 。假設(shè)無人機(jī)的成像分辨率為iVxM (可能為256x256,512x512,1024x1024)，則重疊區(qū)域的左上角
頂點(diǎn)a、，化7)在首幀上的坐標(biāo)為《,廣^xW， 1=^x71/，進(jìn)而重疊,, 丄i 厶>
區(qū)域?yàn)槭讕?義,，,，l)與(N， M)之間的區(qū)域。按照相同方式，獲取
當(dāng)前幀與尾幀的重疊區(qū)域。
得到重疊區(qū)域后，進(jìn)入步驟S202。
S202:分別在首幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域和尾幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域中選取至少五個(gè)的匹配塊選擇域，在這些選擇域中選取匹配塊；
現(xiàn)有的匹配塊選取方法主要對(duì)幀作全搜索，得到具有最大局部方差的區(qū)域作為匹配塊，計(jì)算復(fù)雜度高，另外在多匹配塊時(shí)，容易出現(xiàn)多匹配塊聚集現(xiàn)象，不能保證匹配塊分散性代表性。本發(fā)明在重疊區(qū)域中，為了使匹配效果具有最佳代表性，使用特征明顯的匹配塊。首先根據(jù)重疊區(qū)域選定上下左右中心共5個(gè)匹配塊選擇域Ap A2， A3， A4， A5，匹配塊大小iV。xM。視重疊區(qū)域大小和形狀而定， 一般應(yīng)有A712SiV。SAV3， M/12SAf。 Sil//3 ，這里設(shè)為30x80，如圖3 (a)所示。
由于圖像的重疊區(qū)域大小不定，在不同的重疊情況下，匹配塊選擇域的分布可以出現(xiàn)重疊的情況，具體情況如圖3 (b)所示，重疊區(qū)域較小的情況下，可使上下左右中間五個(gè)區(qū)域帶有重疊分布。
在匹配塊選擇域中選擇一片具有最大局部方差的W'xM'小塊作為匹配塊，匹配塊的大小選擇需考慮重疊區(qū)域大小和形狀以及圖像內(nèi)容， 一般W'和M'均可取為4、 8、 16、 64，這里設(shè)置為8x64的大小。在首幀內(nèi)，左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(a, b)的iV'xM'大小圖像的局部方差定
義為:
1yv'-iAT-1
(1.4)
其中表示坐標(biāo)為("+ , ，& +力的點(diǎn)的像素值，3f(一為首幀內(nèi)左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為("》)的W'xM'大小圖像的像素值的平均值。設(shè)匹配塊選擇域A！的左上頂點(diǎn)坐標(biāo)為(a。,6。)，用"="0，"0+1，-..,0。+"。-iV'; " Wl，…,6。+M。-M'進(jìn)行遍歷，便可求得選擇域A中具有最大局部方差的匹配塊。但是直接計(jì)算的話，重復(fù)計(jì)算量非常大，對(duì)計(jì)算資源和計(jì)算時(shí)間要求太大，為此，對(duì)該遍歷計(jì)算給出改良。
5。力)=WW S S (X(a+,,A+.,))
(=0 乂=0
W'-1
AT—1
,力)
,=0 乂=0 (=0 _/=0
Z Z X(l+l+',A+" = S Z X(。+'》+" 一 S X(。,6+J) + S X(。+W'+l,6+"j-=0 乂=0 ,=0 /=0 乂=0 乂=0
7,
1
(。+1'A) _彥'
進(jìn)而有
<formula>formula see original document page 12</formula>
鹿'<formula>formula see original document page 13</formula>磨'
由于在遍歷的過程中，計(jì)算^(—和，屮)時(shí)復(fù)用了X"和"，相比普通的計(jì)算方法，該方法可以極大的減少計(jì)算時(shí)間，可構(gòu)成求取最大局部方差的快速算法，得到五個(gè)區(qū)域中具有最大局部方差的iV'xM'圖像小塊?？稍O(shè)為Bsp BS2、 BS3、 BS4、 BS5。同理，可以得到尾幀的五個(gè)匹配塊Bw、BE2、 BE3、 BE4、 BE5。得到匹配塊后，則進(jìn)入步驟S204。
S203:分別使用首幀和尾幀的匹配塊在當(dāng)前幀內(nèi)作匹配運(yùn)算，得到當(dāng)前幀的兩個(gè)預(yù)測矩陣。
將首幀中的五個(gè)匹配塊B^、 BS2、 BS3、 BS4、 BS5，分別在當(dāng)前幀中作匹配計(jì)算。以Bs,為例，在首幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域中，使用全搜索法，計(jì)算當(dāng)前幀與BS1的歸一化互相關(guān)系數(shù)。獲得最小歸一化互相關(guān)系數(shù)的圖塊即為Bw的匹配圖。
設(shè)B^在首幀內(nèi)的左上角頂點(diǎn)為(asl， bsl)，為便于表述，其上(asl+i，bsl+j)點(diǎn)的像素值記為、。當(dāng)前幀內(nèi)(a+i，b+j)點(diǎn)的像素值仍記為y。+,，一另
用^表示當(dāng)前幀內(nèi)以"6)為左上角頂點(diǎn)的W'xM'大小圖像區(qū)域的像素均值，則去均值歸一化互相關(guān)系數(shù)定義為
1<formula>formula see original document page 13</formula><formula>formula see original document page 14</formula>
其中h^,il乂，故有si:(、j)=o
<formula>formula see original document page 14</formula>
直接使用相關(guān)算法進(jìn)行圖像匹配計(jì)算量很大。采用基于FFT的快速相關(guān)算
法可以有效提高計(jì)算性能。
若iV尸及(9ZX^A,)-min(M^OZ)(a,州，設(shè)該對(duì)應(yīng)圖塊為Bo，取B。的中心點(diǎn)
坐標(biāo)為fe,&)， B"的中心點(diǎn)坐標(biāo)為對(duì)其他匹配塊，分別求得當(dāng)前幀中匹配塊的中心點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)首幀圖像中的匹配點(diǎn)坐標(biāo)(&,尺2)o(;^，:^)，fe,義3)e(&，h)， "4,l)e"4，凡4)， (&，:^5)0"5,乂5)，對(duì)各中心匹配點(diǎn)對(duì)在重疊區(qū)域內(nèi)求取差異矢量，設(shè)(^^xj， (^, ,凡, )分別為當(dāng)前幀與首
重疊區(qū)域的左上角頂點(diǎn)，則各差異矢量為:
R, = ，叉,)-幼，)—(&, ， >0 - (a,，少,ra)
慮誤匹配的發(fā)生，采用如下方法確定
(i=l， 2， 3， 4， 5)?？?br> 取巧為5個(gè)差異矢量的均值，即7,=1>;/5;在5個(gè)差異矢量中找出
與矢量均值之差最大的一個(gè)，即max(l^-^1)， "1,…,5。設(shè)定容錯(cuò)閾值為A，可設(shè)為3像素，認(rèn)為差異矢量已與均值巧之差大于A的表示匹配錯(cuò)誤，屬誤匹配，否則認(rèn)為匹配正確。
即有若max(l^-5l)^A，"1，…，5， (A為容錯(cuò)閾值，可設(shè)為3像素)，則認(rèn)為5個(gè)匹配塊均正確匹配；否則若有|^-ni>A，則去掉^，在剩下的4
個(gè)矢量中求取新的均值^、(iX,-~)/4，再進(jìn)行一次誤匹配檢驗(yàn)。重復(fù)檢
驗(yàn)，直至確定出所有正確匹配與誤匹配矢量。正確匹配矢量的數(shù)量如果小于4，則應(yīng)當(dāng)在首幀中重新合理選擇匹配塊，比如在獲得正確匹配的匹配塊之間重新選擇匹配塊，做新的匹配運(yùn)算，直至得到4個(gè)以上(含4個(gè))的正確匹配結(jié)果。
選擇四個(gè)正確的匹配對(duì)，設(shè)匹配點(diǎn)的坐標(biāo)匹配關(guān)系為(^，L)o(^，;0,"-i，…,4，將其代入投影變換方程^
u"，…，4中，進(jìn)而求得^，/f,，求解過程中，令^=1，同理，可以得到當(dāng)前幀相對(duì)尾幀的單應(yīng)變換的；,A。 A和《分別為首幀和尾幀到當(dāng)前幀的投影變換矩陣，亦即首幀和尾幀到當(dāng)前幀的預(yù)測矩陣。
S204:利用首幀、尾幀及其各自對(duì)應(yīng)的預(yù)測矩陣得到當(dāng)前幀的預(yù)測幀，求取當(dāng)前幀與預(yù)測幀的殘差。
設(shè)(^A)表示首幀內(nèi)首幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域A的像素點(diǎn)的坐標(biāo)，(&,&)表示當(dāng)前幀內(nèi)首幀與當(dāng)前幀圖像重疊區(qū)域A的像素點(diǎn)的預(yù)測點(diǎn)的坐
，",，乂)""，可以得到當(dāng)前
幀由首幀預(yù)測而來的部分預(yù)測圖像/;。同樣方法得到當(dāng)前幀由尾幀預(yù)測而
來的部分預(yù)測圖像&。對(duì)&和&做適當(dāng)拼合，即得到當(dāng)前幀的雙向預(yù)測圖
尺u《
1l
V
標(biāo)，從而利用投影變換方程^《乂
11像《。用當(dāng)前幀《與《做求差處理則得到殘差圖像A =《-《。
S205:按照步驟S201~ S204求取幀組內(nèi)首幀以外所有幀的殘差S206:將首幀與其它幀的殘差圖像拼接成一個(gè)單幅大圖，采用JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拼接大圖做整體壓縮輸出。
對(duì)幀組編碼中，將首幀與其余幀的殘差圖像在ADV202能處理的范圍內(nèi)做圖像拼接，使整個(gè)幀組形成一個(gè)單幅大圖。ADV202 次處理的圖像大小限制為1.048M像素，最大寬度限制為4096像素，如果幀拼接圖像過大，可以做適當(dāng)?shù)姆智小ａ槍?duì)JPEG2000分塊編碼、分塊分配碼流的特點(diǎn)，確定了 JPEG2000壓縮的壓縮參數(shù)，選定了編碼塊大小、小波類型及級(jí)數(shù)之后，在圖像的拼接上還應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整，采用分切合并等方法，使單幀的圖像的內(nèi)容限制在編碼塊大小的整數(shù)倍范圍內(nèi)，避免鄰幀間出現(xiàn)編碼塊分跨兩幀的情況。得到單幅圖像后，應(yīng)用JPEG2000壓縮，利用JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)中PCRT-OPT算法提供的優(yōu)秀的全局碼流優(yōu)化截?cái)嗫刂萍夹g(shù)，使碼流按照?qǐng)D像信息全局優(yōu)化分布，同時(shí)嚴(yán)格控制壓縮碼率，得到一個(gè)幀組的壓縮圖像(S402)。尾幀在下一個(gè)處理周期中，成為下個(gè)一個(gè)幀組的首幀，故幀組壓縮中可以不考慮尾幀。將幀組壓縮結(jié)果合并入每個(gè)當(dāng)前幀的H矩陣信息(S403)，即可作為此一個(gè)幀組的壓縮結(jié)果進(jìn)行輸出。
以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，當(dāng)然也可以進(jìn)行各種改良及變更。
1權(quán)利要求
1、一種適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法，按照以下步驟進(jìn)行步驟S1利用機(jī)載輔助數(shù)據(jù)對(duì)序列幀圖像劃分幀組，每個(gè)幀組內(nèi)的首幀與其它幀具有圖像重疊區(qū)域；步驟S2每個(gè)幀組按照如下方式進(jìn)行壓縮S201分別計(jì)算當(dāng)前幀與首幀和尾幀的重疊區(qū)域；S202分別在首幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域，尾幀與當(dāng)前幀的重疊區(qū)域中選取至少五個(gè)匹配塊選擇域，并在這些選擇域中選取匹配塊；S203分別使用首幀和尾幀對(duì)應(yīng)的匹配塊在當(dāng)前幀內(nèi)作匹配運(yùn)算，進(jìn)一步求得首幀和尾幀各自到當(dāng)前幀的投影變換矩陣，作為預(yù)測矩陣；S204利用首幀、尾幀及其各自對(duì)應(yīng)的預(yù)測矩陣估計(jì)得到當(dāng)前幀的預(yù)測幀，求取當(dāng)前幀與預(yù)測幀的殘差；S205按照步驟S201～S204求取幀組內(nèi)首幀以外所有幀的殘差；S206將首幀與其它幀的殘差圖像拼接成一個(gè)單幅大圖，采用JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單幅大圖做整體壓縮。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法，其特 征在于，所述步驟Sl按照如下方式判斷兩幀之間有重疊區(qū)域計(jì)算第i幀與第i+j幀之間飛機(jī)的位移、=(^^ + ^1+^2 + ... + %—廣3成)."，若氣盧2./z.tan,，則表明第i幀與第i+j幀具有重疊區(qū)域；其中，v,表示拍攝 第^幀圖像時(shí)的航向瞬時(shí)速度，/7 = /,/+1,— ，/+_/，《為速度值誤差，f為圖像幀頻率，A為無人機(jī)飛行高度，《為拍攝航向視場角。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法， 其特征在于，當(dāng)前幀組的尾幀為下一幀組的首幀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法，其特 征在于，所述步驟S202按照如下方式在選擇域中選取匹配塊選取遍歷 窗口，將該窗口應(yīng)用在選擇域中選出具有最大局部方差的窗口圖像作為匹 配塊，局部方差的計(jì)算方法為-左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(a， b)的窗口圖像的局部方差左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(a+l， b)的窗口圖像的局部方差鹿'^ 、" 鹿'戶0謝'左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(a， b+l)的窗口圖像的局部方差 其中，iV'為窗口圖像的橫向?qū)挾?，M'為窗口圖像的縱向?qū)挾龋瑇(。的右下標(biāo)表示點(diǎn)坐標(biāo)，整體含義表示該點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的像素值，為左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(",6)的窗口圖像的像素值平均值，jc"為左上角頂點(diǎn)坐標(biāo)為(",6)的窗口圖像像素值平方的平均值。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法，其特征 在于，所述步驟S204按照如下方式確定首幀到當(dāng)前幀的投影變換矩陣選取匹配對(duì)(^,;Oo(x加，少,nX…,4， (XwJ.J為首幀的第u個(gè)匹配塊 的中心坐標(biāo)，(&，L)為當(dāng)前幀中對(duì)應(yīng)首幀第U個(gè)匹配塊的匹配圖中心坐標(biāo)，，求解得到坐標(biāo)齊次化變量^和首幀到陽:構(gòu)建投影變換方程^11當(dāng)前幀的投影變換矩陣A
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于無人機(jī)序列圖像的壓縮方法，具體為依據(jù)機(jī)載輔助數(shù)據(jù)，對(duì)無人機(jī)序列圖像作智能動(dòng)態(tài)編碼幀組劃分；在幀組內(nèi)，分別對(duì)首幀和尾幀作各自到當(dāng)前幀的高精度快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)，獲取數(shù)對(duì)匹配點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)匹配關(guān)系，求得首幀與尾幀各自到當(dāng)前幀的投影變換矩陣，進(jìn)而獲得預(yù)測圖像及殘差；同一幀組的首幀與其余幀的殘差圖像合并成單幅圖像后，應(yīng)用JPEG2000壓縮，利用其全局優(yōu)化截?cái)嗨惴ǐ@得高性能壓縮結(jié)果。本發(fā)明綜合考慮無人機(jī)序列圖像特點(diǎn)，充分利用機(jī)載輔助信息和JPEG2000壓縮算法的特性，具有算法復(fù)雜度低、壓縮性能好、壓縮碼率可嚴(yán)格控制、硬件易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101594533SQ200910062929
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者劉福學(xué), 田金文, 鄭成林, 龔俊斌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)