[4]基于感兴趣区域的无人机侦察图像压缩

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1、第31卷第1期遥测遥控Vol.31,№.12010年1月JournalofTelemetry,TrackingandCommandJanuary2010基于感兴趣区域的无人机侦察图像压缩12邰华凤,黄大庆(1南京航空航天大学信息科学与技术学院南京2100162南京航空航天大学无人机研究院南京210016)摘要:根据无人机侦察图像压缩的特殊性,综合JPEG2000中MaxShift和GSBM的特点提出一种改进的感兴趣区域图像压缩算法。该方法允许用户在一幅图像中指定任意形状的区域建立掩模,不需要将感兴趣区域的形状信息传递到解码端,能灵活调节感兴趣

2、区域和背景区域的重构图像的相对质量。实验表明,该算法在低解码率(小于015bpp)时,与MaxShift相比,具有更高的编码质量(峰值信噪比最高可高出10dB左右)。关键词:JPEG2000;感兴趣区域;图像编码;峰值信噪比中图分类号:TP751文献标识码:A文章编号:CN1121780(2010)0120061204引言作为空中机器人的无人驾驶飞机,在军事上可用于侦察、监视等,在民用上可用于大地测量、遥感等,[1]即希望能获得高分辨率、能描述物体几何形状的二维或三维图像。随着现代数码图像技术的迅速发展,航空摄像机性能、摄影图像分辨率得到了大

3、幅度的提高,这些摄像机投入使用的结果将使无人机侦察图像的数据量和计算机处理运算量大幅度增加。通常情况下,图像数据的计算量和机器耗费的时间随原始数据的大小呈线性增长。直接存储和传输如此庞大的数据,要消耗巨大的磁盘空间和传输带宽,还会极大地增加处理器的负担,使通信成本大大增加,在有些情况下甚至使得通信根本无法实现,因此图像压缩技术在无人机技术研究中越来越受到重视,它将在国防系统中发挥越来越重要的作用。与一般的图像压缩不同,在无人机侦察图像的应用中,人们的观察重点往往集中在图像的某些特定区域即一些特定的军事目标上,为了能准确地进行判读并获得重要信息

4、,对这些区域图像质量要求就要比其他区域高,所以对这类图像采用感兴趣区域ROI(RegionofInterest)压缩是非常合适的。采用感兴趣区域压缩算法可以使无人侦察机图像在不丢失重要信息的前提下获得较好的压缩性能,解决好实时传输和侦察目标失真度小这对矛盾。本文研究了JPEG2000标准中的两种ROI算法,并在此基础上提出了一种改进的ROI压缩编码算法。1JPEG2000标准中的ROI算法基于小波变换的压缩技术是一种现代的变换编码技术。对图像进行小波变换能使图像数据在变换域上达到最大限度的不相关,从而有效消除图像数据空间的相关性。基于小波变换

5、的图像压缩流程示于图1。图像经小波变换后被划分为多个高频带数据和一个低频带数据,具有良好的时域和频域局部化特[2]性。虽然图像变换本身并不能带来压缩,但由于变换系数具有良好性质,只要采用适当的量化和编码就可以有效地对图像进行压缩。同时,由于小波具有多分辨率特性,基于小波变换的压缩技术具有根据不同[4]领域、不同应用场合针对图像质量与分辨率的不同需要进行压缩和解压缩的能力。2000年颁布的JPEG2000图像压缩标准采用小波变换作为主要技术,不仅在压缩率上比以DCT变换为主要技术的JPEG标准有很大提高,还提供了ROI压缩的新特征,使得我们可以

6、根据图像各部分的重要收稿日期:2009206217收修改稿日期:2009211218·62·邰华凤等,基于感兴趣区域的无人机侦察图像压缩第31卷第1期性对其进行不同压缩率的压缩,从而获得更好的用户体验,这在无人机侦察图像的处理中有非常重要的意义,我们可以对感兴趣的军事目标采用较低的压缩比以求获得较小的失真度,而对其他区域即背景区域采用较高的压缩比,这样可以使无人侦察机图像在不丢失重要信息的前提下获得较好的压缩性能。在JPEG2000中,对ROI压缩主要定义了两种压缩方式:一般位移法GSBM(General图1基于小波变换的图像压缩流程Scal

7、ing2basedmethod)和最大位移法MaxShift(Maximumshiftmethod)。一般位移法是在量化完成后,将与ROI有关的系数按比例增大或上移,使其位于较高的位平面上。在进行嵌入式编码过程中,这些被上移的平面首先被编码,生成的比特流在整个数据比特流的最前面。这样,ROI就会先于背景区域BG(Regionofbackground)进行编码和细化。如果编码比特流被截断,或者在对整幅图像完全编码之前终止了编码过程,感兴趣区域将具有比背景区域高的逼真度。但是,该算法在编码端和解码端都要生成掩模,需要把ROI形状信息随码流传输给解

8、码端,这就增加了运算复杂度。最大位移法是一般位移法的扩展,在该算法中位移因子s不是事先选定的。在编码端,所有经量化的小波系数都必须被扫瞄,位移因子s的选择必须使RO