基于聚类和小波变换的多光谱图像压缩算法

针对多光谱图像压缩算法现存的时空复杂度高、光谱特性利用不充分等问题,研究了多光谱图像的谱间稀疏等价表示及其聚类实现途径,进而设计了一种基于谱间自适应聚类和小波变换的多光谱图像压缩算法.算法利用吸引力传播聚类产生多光谱图像的谱间稀疏等价表示、在低复杂度下去除图像的谱间冗余,使用二维小波变换去除稀疏表示成分的空间冗余,采用分层树集合分割排序算法(SPIHT)进行压缩编码,并通过误差补偿机制提高多光谱图像重建质量.实验表明,该算法在保证较低时间和空间复杂度的基础上,较SPIHT等同类经典压缩算法,在相同的压缩比下,明显提高了重建图像的峰值信噪比,是一种通用有效的多光谱图像压缩算法.     

基于网格编码量化的超光谱图像压缩

提出了一个基于小波网格编码量化的超光谱图像压缩方法。谱间和空间冗余处理构成了超光谱图像压缩算法的主要内容,该算法使用一个谱间差分预测步骤来去除谱间冗余,而后对预测残差图像进行小波变换并利用均匀阈值网格编码量化(trellis-coded quantization)方法来量化各小波子带,最后使用自适应算术编码对量化码字进行熵编码。为使编码器能为所有子带获取率-失真意义上最优的量化阈值,设计了一个基于子带统计特性和网格编码量化器率-失真特性的比特分配算法。在实验中,该算法表现出优良的压缩性能,对于实验的超光谱图像,该方法在压缩比为32时可得到37．1dB的峰值信噪比,这表明本算法能有效压缩超光谱图像,适于超光谱图像压缩应用。     

基于谱间DPCM和整数小波变换的超光谱图像无损压缩

分析了干涉成像光谱仪所获取图像的谱间和空间相关性,提出了一种混合无损压缩方案.首先进行谱间DPCM预测,再对残差图像采用整数小波变换,最后对小波系数进行二值自适应算术编码.实验结果表明,该算法可实现无损压缩,压缩比平均可达2.018,较二维整数小波变换算法提高40.3%.并且算法复杂度较低,只有加减和移位运算,易于硬件实现.     

基于直方图变换的多光谱图像3D SPIHT压缩编码算法

提出了新的多光谱图像压缩方案,直方图变换的三维分层树的集划分(3D SPIHT)压缩编码算法。基于多光谱图像的成像特点,在去相关之前,提出一种可逆的直方图变换方法对多光谱各波段图像灰度值进行调整,来提高各波段间的相关性,然后再对变换后的图像利用K_L和二维小波变换去除谱间冗余和空间冗余。小波编码采用两种编码方案:3D_SPIHT以及对它进行改进后的三维位平面的SPIHT算法,并对两者进行了比较。实验表明,采用直方图变换的这两种方法都获得了良好的效果,比没变换前有更好的图像质量和压缩性能。     

基于混沌与快速小波变换的多光谱图像压缩加密算法

针对多光谱图像存储和传输安全性问题,提出一种将混沌思想、小波变换和KL（karhunen-loeve）变换相结合的多光谱图像压缩加密算法。首先,采用K-means聚类方案将多光谱图像聚类为通用像素,通过选择合适的K值使算法的性能最优,同时便于后续处理;然后对通用像素进行二维离散9/7小波变换,对变换后的系数进行Arnold变换以及加密处理,消除多光谱图像大部分空间冗余,减少压缩过程中的块效应;之后对产生的小波系数进行改进的KL变换,消除残余空间冗余和光谱冗余;最后采用差分脉冲滤波器对系数进行编码,并采用Tent映射对码流进行混淆扩散加密。通过实验可知,本算法的信息熵达到11.794 3（选取12位多光谱图像）,信息熵更接近最大值12,优于现有算法,可以更好的隐藏原图特征;该算法的像素变化率（NPCR）和归一化平均变化强度(UACI)分别为99.81%和34.19,优于现有的其他算法,本算法可以更好的抵御差分攻击;输出比特流变化率保持在47.62%～47.71%之间,密文比特流变化率保持在47.45%～47.52%,本算法具有较好的密钥敏感性;在压缩比为4∶1～32∶1范围内,系统PSNR在42 dB以上,具有很高的压缩性能。在4∶1～32∶1范围内,本压缩算法达到很高的峰值信噪比,优于现有的压缩算法,在正常工作压缩比为16∶1时,比现有压缩算法的信噪比提高了0.64 dB以上。为进一步验证算法在高压缩比情况下的压缩性能,该研究测试了压缩比为128∶1时系统的信噪比为31.28,此时,重建后的图像较为清晰,优于现有算法1 dB以上。可见,该算法可行,且特别适合对压缩比要求较高的场合,并在频谱保真方面具有较好的效果。     

星上大视场TDICCD相机的多光谱图像无损压缩系统

提出了一种适于成像谱段数相对较少的多光谱TDICCD图像的无损压缩系统。所提出的压缩系统主要分为两步:第一步采用SPE架构的5/3提升整数小波变换去除空间冗余;第二步根据小波系数统计依赖性模型对小波系数进行预测,来消除残余空间冗余和小波系数的谱段冗余。然后将其与预测值做差进而得到预测残差,同时将预测残差进行熵编码得到最终的压缩码流。最后,使用地检检测设备对多光谱TDICCD图像无损压缩系统进行了试验验证。结果表明,压缩系统能快速、可靠稳定地工作,无损压缩比达到1.544 bits/pixel,比现有压缩系统压缩比提高了0.336 bits/pixel。相机工作在不同的侧摆下,压缩系统可以稳定正常地工作,压缩一帧图像最大耗时仅为26.446 ms。本文所提出的压缩系统有效地解决了多光谱TDICCD图像无损压缩比低和压缩算法整体硬件实现困难的问题。     

基于提升方案的多光谱遥感图像有损压缩算法

在分析多光谱遥感图像谱间和空间数据特点的基础上,提出了一种DPCM线性预测与基于提升方案的整数小波变换相结合的多光谱遥感图像有损压缩算法。在谱间采用DPCM预测去除谱间相关性;在谱内采用整数小波变换去除空间相关性,根据不同子带对目标识别的重要程度,选择不同的量化阈值和量化步长进行量化,并分别对各个子带量化后的数据和重要图表采用固定比特平面编码和游程编码,实现高效的多光谱遥感图像压缩。实验结果表明,该算法在一定的压缩比下,重构图像具有较高的峰值信噪比,并且算法硬件实现简单,对内存的需求低。     

适于星上应用的高光谱图像无损压缩算法

针对常见基于预测、变换、矢量量化及其组合的高光谱无损压缩算法压缩比低、压缩算法整体耗时以及硬件实现困难的问题,提出一种适于星上应用的高光谱图像无损压缩算法。首先,沿光谱线的第一谱段图像采用中值预测器进行谱段内预测,其他谱段图像采用谱间预测。谱间预测采用两步双向预测算法,第一步预测采用双向二阶预测器得到参考预测值,第二步预测采用本文提出的改进LUT搜索预测算法得出4个LUT预测值,然后将参考预测值与其比较得出最终的预测值。最后,使用XX-X空间高光谱相机的压缩系统试验设备对该文提出的压缩算法进行了试验验证。结果表明,压缩系统能快速稳定地工作,平均压缩比达到3.05bpp,与传统方法相比,平均压缩比提高了0.14～2.94bpp。有效的提高了高光谱图像无损压缩比和解决了压缩算法整体实现困难的问题。     

基于谱间和帧内差分脉冲编码调制的超光谱图像无损压缩

以超光谱遥感图像为研究对象,分析了干涉成像光谱仪获取图像的谱间和空间相关性,提出一种三维差分脉冲编码调制（ DPCM）无损压缩方案。首先进行了谱间DPCM预测;然后,对残差图像进行帧内DPCM预测;最后,对差分码流进行二值自适应算术编码。实验表明,该算法可实现无损压缩,压缩比平均可达1.662,较二维整数小波变换算法提高了15.6％,且算法复杂度较低,仅有加减和移位运算,易于硬件实现。     

一种适于空间多光谱TDICCD图像压缩算法

针对传统遥感图像压缩算法中小波变换和位平面编码没有考虑图像内容特点而导致多光谱各谱段图像边缘和纹理的模糊的问题,提出一种适于成像谱段数相对较少多光谱TDICCD图像压缩算法。提出的自适应提升DWT可以自适应的选择最佳的提升方向,同时根据图像局部特征使用拉格朗日插值策略进行预测,这种方法可以充分的利用图像的纹理信息。提出的码率控制算法可以根据图像纹理复杂程度进行自适应的码率分配。实验结果表明,提出的压缩算法具有良好压缩性能,对于平滑的图像与传统算法相当,对于边缘和纹理程度复杂的图像,性能高于传统算法,在正常工作压缩比为8∶1时,平均信噪比比传统方法平均提高了3.53dB。有效的保护了多光谱图像的边缘和纹理信息,非常适于纹理复杂的空间多光谱CCD图像压缩应用。     

Comparative Evaluation of Spectral Transforms for Multispectral Image Coding in Terms of Color Degradation

Recently, multispectral images have been utilized for high fidelity color reproduction through visual telecommunication systems and its compression schemes have been required. However multispectral image coding considering color degradation has not been established. This article presents a comparison of four spectral transforms presented before to find out which transform is more suitable to a spectral decorrelation scheme in transform coding of multispectral images. Transforms dealt with in this paper are Karhunen-Loeve transform (KLT), weighted KLT (WKLT), one mode analysis (OMA) and a transform realizing compatibility to the conventional color systems, latter three of which are designed to represent spectral reflectance functions with small number of coefficients having small colorimetric errors. Through the theoretical and experimental comparisons, it is found that WKLT and OMA reduced colorimetric error compared to the others, where OMA is suitable when the rendering illuminations in the color reproduction can be assumed in advance and WKLT is applicable to other situations.     

Multispectral image compression using three-dimensional transform zeroblock coding

This paper proposes a new multispectral image data compression algorithm (KLT/WT-3DEZB). The proposed coding strategy consists of three main steps. Firstly, a wavelet transform (WT) is applied to reduce the spatial redundancies. Then, a Karhunen-Loeve transform (KLT) is used to reduce the redundancies in the spectral domain. Finally, a modified SPECK algorithm-three-dimensional embedded zeroblock (3DEZB) algorithm is proposed and used to encode the transformed coefficients. Numerical experiments show that the reconstructed images using the proposed algorithm exhibite a better quality and a higher compression ratio than those obtained by traditional KLT/WT-3DSPIHT, 3DSPIHT, and 3DSPECK algorithms.     

环境卫星多光谱图像压缩算法

基于环境卫星多光谱图像特点的分析,提出了一种新的基于三维等级树集合划分算法(3D-SPI HT)和感兴趣区域(ROI)编码相结合的多光谱图像压缩算法。首先在谱间采用两种小波基相结合的三维离散小波变换(3D-DWT),去除多光谱图像在空间和谱间的冗余信息,减少恢复光谱的误差值,然后采用部分三维等级树集合划分算法和小波系数提升的感兴趣区域编码相结合的方法。该方法对小波系数从空间方向树上按对恢复光谱信息的重要性不同进行合理的码率分配,使得恢复光谱具有更好的分辨率,并依据比特平面层中重要系数的统计概率来自适应地进行3种编码模式的选择,提高了编码效率。实验数据结果表明,该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像中的光谱信息,在压缩比为8∶1的情况下,满足了环境卫星多光谱图像压缩系统的要求。     

基于分布式信源编码的干涉多光谱图像压缩

根据干涉多光谱图像的特点.提出一种基于分布式信源编码的干涉多光谱图像压缩箅法.干涉多光谱图像序列的相邻图像之间具有明显的平移特性,编码端通过块匹配算法检测出相邻帧间的相对位移量,联合块匹配算法估计的边信息帧进行比特平面码率估计,采用基于率失真提升的感兴趣区域编码,调整图像不同区域的率失真斜率来进行更合理的码率分配.实验结果表明.该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像的光谱信息,在不同压缩比的情况下.满足卫星干涉多光谱图像压缩系统要求.易于硬件实现,更适于星上环境的应用.     

An image compression method for space multispectral time delay and integration charge coupled device camera

Multispectral time delay and integration charge coupled device （TDICCD） image compression requires a low- complexity encoder because it is usually completed on board where the energy and memory are limited. The Consultative Committee for Space Data Systems （CCSDS） has proposed an image data compression （CCSDS-IDC） algorithm which is so far most widely implemented in hardware. However, it cannot reduce spectral redundancy in mukispectral images. In this paper, we propose a low-complexity improved CCSDS-IDC （ICCSDS-IDC）-based distributed source coding （DSC） scheme for multispectral TDICCD image consisting of a few bands. Our scheme is based on an ICCSDS-IDC approach that uses a bit plane extractor to parse the differences in the original image and its wavelet transformed coefficient. The output of bit plane extractor will be encoded by a first order entropy coder. Low-density parity-check-based Slepian-Wolf （SW） coder is adopted to implement the DSC strategy. Experimental results on space multispectral TDICCD images show that the proposed scheme significantly outperforms the CCSDS-IDC-based coder in each band.