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.     

基于小波变换的拼接重叠区域融合方法

为了解决大口径光学元件面形高精度测量问题,建立了拼接测量系统,通过测量得到整体表面面形。在拼接测量过程中,需要将待测面形进行划分,按着一定的顺序进行测量,再根据各个子口径之间的相对位置进行拼接。各个子口径存在重叠部分,采用均化的处理方法会导致高频面形数据的丢失。采用小波变换的拼接重叠区域融合方法可以减少高频数据的丢失。首先,对各个子口径的重叠区域分别进行小波变换得到低频和高频系数矩阵;然后,根据不同的方法对低频和高频系数矩阵进行融合得到新的系数矩阵;最后,通过小波逆变换得到整体面形。对尺寸为120 mm×40 mm的长方形反射镜面形进行拼接干涉测量,并用功率谱密度对本文方法和平均融合结果进行客观比较。实验结果表明,该方法可以保留更多的高频面形数据。     

基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响,测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题,提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法,并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理,采用压缩感知去噪算法,将信号在小波域内分解,得到含噪高频系数;采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,压缩比设置为2,对高频系数进行观测;选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性,从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪,采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性,采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理,实验结果表明：基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统,该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪,且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比,信噪比提高了12.201 5 dB,均方根误差减小了0.009 3,峰值信噪比增加了5.299 dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题,而且在重构过程中有效地抑制了噪声,为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。     

一种彩色图像的小波域预测编码方法

彩色图像存在空间相关性和帧间相关性,如何有效的去除这两种相关性是提高彩色图像压缩比的关键。提出一种小波变换域的自适应预测无损压缩方法,分为三个步骤:首先对彩色图像各个分量进行可逆整数小波变换减小空间相关性,然后利用联想记忆神经网络对小波系数图像分别进行空间预测和帧间预测,进一步去除空间和帧间相关性,最后对预测残差进行算术编码。实验证明该算法是可行的和有效的,对测试图像的压缩效果优于JPEG LS标准。     

基于1+2维小波变换的多光谱图像压缩

提出利用1+2维小波变换技术对多光谱遥感图像进行近无损压缩.使用嵌入式块截断算法压缩谱内图像;谱间变换使用短滤波器进行1维小波变换,去除多光谱图像的谱间冗余.实验证明,加入谱间的1维变换比不加入变换,而仅仅对每个波段图像进行压缩的压缩比提高20%.整个算法是嵌入式的,复杂度适中.编码的比特流具有渐进式特性,可以过渡为高压缩比的有损压缩.     

基于可见光的多波段偏振图像融合新算法

采用了一种新的基于小波变换的偏振图像融合算法.首先,将两个波段中的每一波段三幅偏振图像利用小波变换分解成低频和高频部分,低频的小波系数平均值作为融合后的低频系数,高频细节系数根据不同区域特征选择方法以及对应输入图像小波系数的窗口区域方差来确定融合后高频小波系数,得到一个波段一幅图像.接着,将得到的图像再进行小波分解,采用低频图像的小波系数最小值作为融合后的低频系数,高频图像根据纹理一致性测度的纹理检测确定融合规则,用来调整高频小波系数,将来自不同图像的特征与细节融合在一起,并对融合图像质量进行了对比评价.实验结果表明,融合后的偏振图像不仅反映了场景的偏振信息,而且还包含了丰富的光谱信息,目标与背景的衬比度也得到了增强,为进一步的目标检测和识别提供了便利.     

分组Karhun-Loeve变换/整数小波变换高光谱影像准无损压缩新方法

提出了分组Karhunen-Leove变换(KLT)和整数小波变换(IWT)的高光谱图像数据压缩方法,并采用整数小波变换技术和Set Partitioning in Hierarchical Trees(SPIHT)压缩编码,实现了对分组Karhun-Loeve变换后的数据压缩。该压缩编码方法与现有压缩方法相比,既保留了Karhun-Loeve变换压缩性能和整数小波变换高压缩比的特点,也宜于实时传输。实验结果表明,分组Karhun-Loeve变换/整数小波变换/SPIHT在相同压缩比下,峰值信噪比比Karhun-Loeve变换/小波变换/WSFCVQ、Karhun-Loeve变换/小波变换/改进的对块零树编码压缩和Karhun-Loeve变换/WT/FSVQ分别提高了6 dB,9 dB和8 dB,运算时间减少一半,整体压缩性能有了较大的提高。     

基于改进提升小波变换SPIHT的图像压缩算法

通过对提升小波变换的SPIHT算法进行改进和优化,提出了一种适用于无线多媒体传感器网络(WMSNs)的简单、高效、节能的有损图像压缩算法;该算法采用只包含加法和移位操作的整数小波提升算法,使得小波分解的计算量减半,大大提高了变换速度;采用量化截断的预处理技术,省去大量不重要高频系数的量化编码,解决了提升变换后SPIHT算法编码效率低的问题;去除了最外层高频系数的分解和编码,有效地减少了变换和编码的能耗;理论分析和仿真结果均表明,在保证一定重建图像质量的前提下,该算法大大降低了图像压缩能耗,提高了算法的压缩效率和执行效率,非常适合于资源受限的WMSNs中的图像压缩。     

基于Retinex理论JPEG2000压缩图像增强方法

在增强压缩图像过程中,采用传统图像增强方法存在细节恢复困难,易产生块状效应等局限性,针对此问题,本文将Retinex理论引入JPEG2000压缩框架中,提出一种新的JPEG2000压缩图像增强方法.它将小波变换后的低频系数看作入射光分量,高频系数看作反射光分量,通过对低频系数进行两次非线性映射,来调整场景光照的动态范围;通过调整高频系数,提高对比度,实现图像细节的整体拉升;通过判断各子块的活动性,自适应来修改亮度量化表,达到可以保留更多的细节,抑制块状效应的目的.实验结果表明,该算法在增强效果、压缩质量等方面都有着较好的优势.     

Joint Lossless Image Compression and Encryption Scheme Based on CALIC and Hyperchaotic System

For efficiency and security of image transmission and storage, the joint image compression and encryption method that performs compression and encryption in a single step is a promising solution due to better security. Moreover, on some important occasions, it is necessary to save images in high quality by lossless compression. Thus, a joint lossless image compression and encryption scheme based on a context-based adaptive lossless image codec (CALIC) and hyperchaotic system is proposed to achieve lossless image encryption and compression simultaneously. Making use of the characteristics of CALIC, four encryption locations are designed to realize joint image compression and encryption: encryption for the predicted values of pixels based on gradient-adjusted prediction (GAP), encryption for the final prediction error, encryption for two lines of pixel values needed by prediction mode and encryption for the entropy coding file. Moreover, a new four-dimensional hyperchaotic system and plaintext-related encryption based on table lookup are all used to enhance the security. The security tests show information entropy, correlation and key sensitivity of the proposed methods reach 7.997, 0.01 and 0.4998, respectively. This indicates that the proposed methods have good security. Meanwhile, compared to original CALIC without security, the proposed methods increase the security and reduce the compression ratio by only 6.3%. The test results indicate that the proposed methods have high security and good lossless compression performance.     

Joint image encryption and compression scheme based on IWT and SPIHT

A joint lossless image encryption and compression scheme based on integer wavelet transform (IWT) and set partitioning in hierarchical trees (SPIHT) is proposed to achieve lossless image encryption and compression simultaneously. Making use of the properties of IWT and SPIHT, encryption and compression are combined. Moreover, the proposed secure set partitioning in hierarchical trees (SSPIHT) via the addition of encryption in the SPIHT coding process has no effect on compression performance. A hyper-chaotic system, nonlinear inverse operation, Secure Hash Algorithm-256(SHA-256), and plaintext-based keystream are all used to enhance the security. The test results indicate that the proposed methods have high security and good lossless compression performance.     

基于平移不变剪切波变换域图像融合算法

针对传统基于多尺度变换的图像融合方法存在的缺点,提出了一种基于平移不变剪切波变换域的自适应图像融合新方法.首先,使用平移不变剪切波变换对源图像进行分解,得到低频子带及方向带通子带系数.然后,对于低频子带系数采用梯度域奇异值分解方法估计图像的局部结构信息,提出了基于提取的特征与S函数的可变加权融合策略;对于各方向带通子带系数,提出了一种基于改进的拉普拉斯能量和匹配的"加权平均"和选择相结合的系数选择策略.最后,对得到的融合系数进行逆变换得到融合图像.通过实验可以发现相比于传统的图像融合方法,本文方法得到了更高的客观指标,融合图像视觉效果更好.     

A novel image fusion algorithm based on nonsubsampled shearlet transform

To overcome the shortcoming of traditional image fusion method based on multi-scale transform, a novel adaptive image fusion algorithm based on nonsubsampled shearlet transform (NSST) is proposed. Firstly, the NSST is utilized to decompose the source images on various scales and in different directions, and the low frequency sub-band and bandpass sub-band coefficients are obtained. Secondly, for the low frequency sub-band coefficients, the singular value decomposition method in the gradient domain is used to estimate the local structure information of image, and an adaptive ‘weighted averaging’ fusion rule based on the sigmoid function and the extracted features is presented. To improve the quality of fused image, a novel sum-modified-Laplacian (NSML), which can extract more useful information from source images, is employed as the measurement to select bandpass sub-band coefficients. Finally, the fused image is obtained by performing the inverse NSST on the combined coefficients. The proposed fusion method is verified on several sets of multi-source images, and the experimental results show that the proposed approach can significantly outperform the conventional image fusion methods in terms of both objective evaluation criteria and visual quality.     

基于分类和曲线拟合的干涉超光谱图像压缩

根据干涉超光谱图像的特点,提出了一种基于图像分类与曲线拟合的干涉超光谱图像数据分解算法,结合内嵌比特平面编码技术实现干涉超光谱图像的压缩。与JPEG2000一样,该算法实现了有损、无损压缩的兼容。将干涉超光谱图像数据分为主干涉区域与非主干涉区域两类,针对主干涉区域提出了一种相似匹配算法,而对非主干涉区域采用经验模式分解和二次曲线拟合方法进行数据分析,两种分析算法结合起来能够有效地对谱线数据进行分解,从而有利于取得更好的压缩效果。仿真结果表明,提出的算法可以使无损压缩的输出码率降低0.2~0.4bit/pixel,而近无损、限失真压缩的重建图像质量相应提高。     

基于HVS的小波变换数字图像水印算法

为实现图像水印在数据认证、访问控制和版权保护等领域发挥作用,提出一种人眼视觉感知特性的小波变换数字图像水印算法。首先对二值图像水印进行Arnold变换,并采用行堆叠的方法,转换成一维序列,然后根据密钥生成的高斯序列中值的正负来确定水印信息嵌入时是采用那种调制方式,最后对原始图像进行3级DWT分解,在小波图像的第二层中频子带中,结合人眼视觉特性将水印正向或负向调制叠加在宿主图像大于JND 值的小波系数上。实验结果表明:该算法能抵抗JPEG压缩、加噪、剪切等多种攻击,具有良好的透明性,鲁棒性和安全性。     

有限离散剪切波域的红外可见光图像融合

针对目前图像融合过程中的不足之处,结合有限离散剪切波具有高的方向敏感性和抛物尺度化特性,提出了一种有限离散剪切波变换下的图像融合算法。首先对严格配准的多传感器图像进行有限离散剪切波变换,得到低频子带系数和不同尺度不同方向的高频子带系数;然后对低频子带系数采用全局特征值和像素点之间的差异性与区域空间频率匹配度相结合的融合算法,高频方向子带系数采用方向权重对比度与相对区域平均梯度和相对区域方差相结合的方案;最后通过有限离散剪切波逆变换得到融合图像。实验结果表明,与其他的融合算法相比较,本文算法不但有良好的主观视觉效果,而且3幅图像的客观评价指标分别平均提高了0.9%、3.8%、3.1%,2.6%、3.8%、2.9%和1.5%、125%、59%,充分说明了本文融合算法的优越性。     

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3.05 bpp,与传统方法相比,平均压缩比提高了0.14~2.94 bpp。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。     

二维提升的CDF(1,3)小波结合改进的SPIHT的渐进性无损图像压缩方法

针对传统小波变换计算复杂的缺点和多级树集合分裂算法(SPIHT)编码过程重复运算、存储量大的问题,提出了一种二维提升的CDF(1,3)小波结合改进的SPIHT的渐进性无损图像压缩方法。对整数CDF(1,3)双正交小波变换实现二维提升,利用提升的小波对图像做变换,提高了运算速度、便于硬件实现。对SPIHT算法加以改进,根据各个子图像的不同特点,改变扫描路线,采用四路并行分块处理的方法,提高了编码速度,降低了编解码过程的运算复杂度和时间消耗。利用提升的CDF(1,3)小波变换结合改进的SPIHT实现了渐进性无损图像压缩,证明了二维提升方案的有效性。     

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。