基于视觉感知约束的遥感图像压缩算法.研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

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3、了成熟的应用，并产生了重大的社会和经济效益。同时遥感技术的发展，使遥感信息的空间分辨率、谱间分辨率不断提高，随之而来的是单位时间内所采集到的数据量亦急剧增长(像素分辨率每提高1倍，数据量将增加3倍)，如高分辨率成像光谱仪HIRIS要获取地面分辨率为30米的192个谱段数据，数据传输率达到280Mbps，美国DoD/NASA继LANDSAT-7后发射的高级陆地遥感卫星(ALRS)将要获取2.5米的地面分辨率，预计将达到389Mpixel/s，若按8bit/pixel计算,总的码率将达到3000Mbps。焦平面技术和推扫技术将使多光谱成像仪产生的数据量达到

4、数Gbps，与此同时，可以利用的卫星数据传输信道只有300Mbps，数据的采集速率已远远超过传输信道可用的速率。即使采用先进的卫星数据传输信道(600Mbps)，平均压缩比也要14:1，这就要求在下传数据之前采用有效的[3]方法对其进行压缩。早期的图像压缩算法是基于DCT变换的，在较低码率时会出现严重的方块效应，难以满足高分辨率卫星图像所需大压缩比的要求，无法保证图像的保真度。小波理论的引入，使图像压缩产生了一场革命性的变化。在“十五”期间，对16倍定比压缩的遥感图像压缩算法进行了研究，这些算法在压缩高分辨率和纹理丰富的遥感图像时，重建图像将会产生严重

5、的振铃效应。另外，不同区域的图像，其纹理细节会有所不同，而其“压缩难度”也是不同的，即在同样保真度下，某些区域只需少量的比特，而某些区域则需大量的比特才能达到。如果压缩算法具有可变压缩比特性，则可以在不同区域给定不同的压缩比，可保持整体图像的高保真度，同时满足信道1传输的带宽限制条件。因为近无损压缩技术最大只能提供约10:1的压缩比，这么高的数据下传码率，远远超出了目前卫星数据传输信道300Mbps的传送能力。为了尽量保持高分辨率遥感图像所具有的信息，必须解决输入数据码率和传输信道带宽之间的矛盾。所以星载高分辨率遥感图像数据的实时、大压缩比、高保真的压

6、缩技术就成了解决这一矛盾的关键技术。1.2图像压缩基础1.2.1图像压缩的可能性[4]图像数据有极强的相关性，即图像信息有大量的冗余信息。这是图像压缩技术赖以发展的基础。人们追求的目标就是最大限度的利用这种冗余信息，尽量减少表示图像时所需的数据来进行图像压缩。数据是用来表示信息的,如果不同的方法为表示给定量的信息使用了不同的数据量，那么使用较多数据量的方法中，有些数据必然是代表了无用的信息，或者是重复的表示了其他数据已经表示了的信息,这就是数据冗余的概念，它是数据压缩中的关键。在数字图像压缩中，有三种基本的数据冗余：1.像素间冗余；2.编码冗余；3.心

7、里视觉冗余。如果能够减少或者消除其中的一种或者多种冗余，就能取得数据压缩的效果。l空间冗余在图像中，空间冗余又称为像素间冗余或者几何冗余。在绝大多数的图像数据中，相邻像素（无论是行或列方向）之间都具有很大的相关性，每个独立的像素所携带的信息相对较少。换句话说，单个像素由于常能由邻近像素的值推断出来，所以其对图像的视觉贡献是有很多冗余的。l编码冗余编码冗余也即信息熵冗余，信息熵定义为K-1H=-pplog(1-1)åi=0ii2式中，K为码元的个数，p为第i个码元发生的概率。熵表示了图像的信息量，i2熵的大小与信源的概率模型有着密切的关系。香农定理告诉我

8、们，在不产生任何失真的前提下，通过合理的编码，对于每一个信源符号分配不等长的码字可以任意接近于