色彩再现的多光谱图像压缩

针对多光谱图像在色度高保真再现等领域的应用,为提高压缩效率,进一步存储传输,提出了WF系列编码方法,设计了APWS_RA算法,进而提出了一种低复杂度、光照稳定性好且支持跨设备再现的WF_APWS_RA压缩算法。首先研究了现有的基于光谱均方误差的小波嵌入编码原理,提出了色感应失真准则和视觉特性矩阵W;同时,优化了APWS编码算法的码率分配,形成APWS_RA编码算法;最后,结合以上技术,以色度误差准则指导编码,对视觉加权后的多光谱图像数据进行aPWS_rA编码,命名为WF_APWS_RA。WF_APWS_RA算法融合人眼视觉特性矩阵W,利用吸引力传播(Affinity Propagation)聚类挖掘加权图像的谱间冗余,小波变换去除其空间冗余,最后结合误差补偿机制和码率分配策略进行小波编码。实验表明,在相同比特率下,较现有低复杂度经典编码算法,WF系列编码方法能更有效地保留光谱中的色度信息,APWS_RA算法的重建光谱误差最小,WF_APWS_RA算法的重建色度精度优势明显。     

一种新的高效干涉多光谱图像压缩算法

基于干涉多光谱图像特点和应用环境要求,提出一种干涉多光谱图像压缩算法.采用小波域匹配预处理来去除帧间推扫平移带来的数据冗余性,采用基于码率预分配的编码方法,按照预分配到的码率大小控制码块的T1编码深度,减少编码计算量和存储器使用量,易于硬件实现和星上环境的应用.实验数据表明,码率为1 bpp时,该算法提高了恢复光谱的分辨率,满足卫星干涉多光谱图像压缩系统要求.     

干涉多光谱图像压缩编码新技术

提出一种基于运动估计的三维小波变换和非对称零树编码的干涉多光谱图像压缩方案.该方案利用大孔径静态干涉成像光谱仪推扫成像特点,对图像进行分区域运动估计的三维小波变换.采用了一种新型非对称零树编码方法,该方法可在较少的图像间建立较长的零树,增加了系数编码时由重要结点变为不重要结点并趋于零的概率,使编码的效果更好.该方案消耗内存少,延时小,有利于卫星上的图像压缩,有效地保护了图像的光谱特性.在8倍压缩下,满足干涉多光谱图像的质量要求.     

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.     

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。     

卫星干涉多光谱图像压缩新算法

根据卫星干涉多光谱图像的成像特性,提出一种基于分类权值率失真优化截取和自适应编码深度控制的部分SPIHT光谱图像压缩算法.首先根据干涉区域类型和编码平面的重要性,对各棵零树各个编码过程赋予不同的重要性权值,然后采用部分SPIHT算法对每棵零树独立编码,编码时根据比特平面层中重要系数的统计概率自适应地进行3种编码模式的选择,同时依据重要性权值和深度控制因子自适应地控制每棵零树的编码深度,最后在编码深度内,根据不同干涉区域的零树对恢复光谱的失真贡献,采用分类权值率失真方法对码流进行优化截取,使码流分配与失真达成最优.实验结果表明,本算法比传统算法更好地保护了光谱信息.     

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。     

基于率失真斜率提升的干涉多光谱图像压缩

提出了一种基于优化截取内嵌块编码的矩形感兴趣区域编码的干涉多光谱卫星图像压缩方法,不需要对小波域的系数进行提升,而是在码流组织时通过对多光谱区域自适应失真跟踪实现。解码器不需要进行小波域系数的逆提升,即可达到感兴趣区域的恢复质量要求。改变感兴趣区域的失真指标,只需要再次进行码流组织,而不需要重复进行优化截取内嵌块编码的T1编码,因此更为有效、灵活。同时提出了一种整型率失真斜率估计值快速算法,既可以保证率失真优化截取的精度,又避免了率失真斜率的浮点除法计算和浮点表示,降低了系统的复杂度。该算法适合干涉多光谱卫星图像压缩。     

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。     

大孔径静态干涉光谱仪图像压缩技术

从图像压缩的角度分析了大孔径静态干涉成像光谱仪成像原理，并提出了一种新的遥感多光谱图像压缩方案。新方案利用大孔径静态干涉成像光谱仪推扫成像特点提出了一种低存储量，帧间小波域匹配的图像序列压缩方法，提高图像质量3～4dB。为了保证图像的光谱信息在8倍压缩比下有效应用，系统采用了一种新的感兴趣区域(ROD编码技术。感兴趣区域编码时，由于方案中采用率失真优化斜率提升，而不是比特平面移位，从而使图像在相同的光谱分辨率下拥有更好的空间分辨率。实验结果表明，算法大大保护了图像的光谱特性，在8倍压缩比下，满足了该类干涉多光谱遥感图像的质量要求。     

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.     

Color Enhancement in Multispectral Image Using the Karhunen-Loeve Transform

We propose a new method for the color enhancement of multispectral image in the visible wavelength region. The purpose of the proposed method is to explore the weak features contained in a specific wavelength by discounting the major color distribution. Such examination will be valuable in visual inspection applications, for example, a medical examination using color image to find a small spectral change of an abnormal part. In this method, Karhunen-Loeve (KL) transform is applied to multispectral data, and specific wavelength components of only high-order KL coefficients are amplified while low-order coefficients are not changed to retain the major color distribution. In the experiment, this method was applied to multispectral images: a printed test image and a human skin image of a bruised arm were captured by a 16-band multispectral camera. The resultant images were compared with the images obtained by saturation enhancement and that obtained by applying the proposed method to the 3-band image. The method successfully visualized the features, which are almost invisible in natural color images, with less change in background color than saturation enhancement.     

Multispectral Image Compression for Improvement of Colorimetric and Spectral Reproducibility by Nonlinear Spectral Transform

The article proposes a multispectral image compression scheme using nonlinear spectral transform for better colorimetric and spectral reproducibility. In the method, we show the reduction of colorimetric error under a defined viewing illuminant and also that spectral accuracy can be improved simultaneously using a nonlinear spectral transform called Labplus, which takes into account the nonlinearity of human color vision. Moreover, we show that the addition of diagonal matrices to Labplus can further preserve the spectral accuracy and has a generalized effect of improving the colorimetric accuracy under other viewing illuminants than the defined one. Finally, we discuss the usage of the first-order Markov model to form the analysis vectors for the higher order channels in Labplus to reduce the computational complexity. We implement a multispectral image compression system that integrates Labplus with JPEG2000 for high colorimetric and spectral reproducibility. Experimental results for a 16-band multispectral image show the effectiveness of the proposed scheme.     

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.     

兼顾色度和光谱精度的多光谱图像LabW2P编解码

针对可见光多光谱图像在通用领域的应用,为提高压缩效率,有效提升重建光谱曲线的色度及光谱精度,进一步存储传输,提出了一种非线性光谱反射率模型,并基于此设计了复杂度适中、光照稳定性好且支持光谱跨设备再现的LabW2P编解码算法。首先根据多光谱图像物理特性,提出非线性光谱反射率模型,将光谱数据表示为线性成分和差别光谱,线性成分由六维变换空间及光谱投影系数组成,差别成分为非线性表示成分,该模型用于光谱数据至不同基变换空间的分解及表示,为算法的构建,光谱及色度重建性能的提升,提供了理论基础;然后,根据人眼视觉系统特征、光照条件,借助CIE标准色度空间转换函数,提取光谱反射率中的三维色度信息Lab,保证重建图像的色度精确性;基于光谱非线性表示模型,采用类视觉曲线的三角函数基,提取线性成分前两维投影系数作为光谱编码的后两维W₁和W₂,用于近似描述CIERGB色度空间中R和G通道,同时有效提高光谱数据的色度和光谱还原度;利用误差补偿机制生成预测差别光谱,采用主成分分析（PCA）法提取其第一维主成分作为编码值P,补偿了线性光谱重建误差,并进一步提升了光谱精确性;最后,组合提取的三部分数据,形成LabW2P编码。LabW2P解码即编码的逆过程。首先,根据Lab及W₁和W₂,结合CIELAB至CIEXYZ色度空间转换函数、光照条件、CIE标准观察者色匹配函数、及三角函数基,采用最小二乘回归,获得变换空间上的重建投影系数,进而重建线性光谱数据;然后,根据P值,采用PCA逆变换,获取重建预测差别数据,最后,结合两部分重建数据,获得光谱重建图像。实验分析显示,LabW2P算法的平均色度精度为0.207 6,较经典的PCA,LabPQR和LabRGB法分别提升了81.54%,55.48%,32.29%,最大平均色差为0.507 0,此外均处于0～0.5之间,达到了视觉难以辨认的可忽略色差的色彩重建水平;平均光谱精度为0.012 7,较PCA性能稍弱,较LabPQR和LabRGB法分别提升了13.01%,6.62%,表明LabW2P编码法的色度和光谱重建性能优势明显。此外该算法可直接用于物体色估计,较PCA和LabPQR法,传输附加信息少,可达压缩比更高。     

Multispectral Image Compression Method by Karhunen-Loeve/JPEG Transformation

1.IntroductionThewideincreasingapplicationsofremotesensingmultispectralimagesrequirealotofmethodsforviewing,distributing,transmittingandstoringsuchimagedata.Multi-sPectralimagesneedtoanalyzeovermanysPectralbandsandchancetimedelayiscaused-ThedataflowscollectedbyLandsatThematicMapPer(TM)presentafurtherchallengeinimagedataprocessingwhileterabytes/dayofimageinformationisprocessed.InordertousethefinitebandwidthofsateIlitedown1ink(225Mbps)totransmitthesehugeimagedata,datacompressiononboardmustbe…