1 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210000
2 南京大学电子科学与工程学院, 江苏 南京 210046
针对多光谱图像的空谱相关特性,提出一种基于卷积神经网络的端到端多光谱图像压缩方法。编码端,将多光谱数据整体输入到多光谱图像压缩网络中,采用卷积提取多光谱图像的主要光谱特征与空间特征,使用下采样减小特征数据的尺寸,并通过率失真优化控制光谱特征与空间特征数据的熵,使空谱特征数据分布更加紧凑,将量化后的中间特征数据进行无损熵编码得到压缩码流。解码端,码流经过熵解码、逆量化、上采样、反卷积的逆变换过程重构多光谱图像。实验结果表明,相同码率下该方法能有效保留多光谱图像谱间信息,并在图像恢复质量上比JPEG2000平均高约2 dB。
图像处理 深度学习 多光谱图像压缩 卷积神经网络 率失真优化 中国激光
2019, 46(10): 1009001
1 西安电子科技大学计算机学院, 陕西 西安 710071
2 西安石油大学计算机学院, 陕西 西安 710065
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。
多光谱图像压缩 色度高保真再现 色感应失真准则 码率预分配 小波编码 Multispectral image compression High-fidelity color reproduction Color perception distortion criterion Rate pre-allocation Wavelet coding
1 西安电子科技大学计算机学院, 陕西 西安710071
2 西安石油大学计算机学院, 陕西 西安710065
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。
多光谱图像 多光谱图像压缩 多光谱图像谱间稀疏等价表示 自适应聚类 小波编码 误差补偿 Multispectral image Multispectral image compression Inter-spectrum sparse equivalent representation Adaptive clustering Wavelet coding Error compensation 光谱学与光谱分析
2013, 33(10): 2740
西安电子科技大学 ISN国家重点实验室,陕西 西安 710071
提出了基于分层树集合分割(SPIHT)的分布式干涉多光谱图像压缩算法,将SPIHT和分布式信源编码(DSC)有效结合,以同时去除图像序列帧内、帧间及小波系数子带间的强相关性。根据DSC的特点,提出了基于边信息的辅助重构方法,以减少量化误差,提高重构质量。为了进一步保护光谱信息,采用基于加权提升系数的感兴趣区域(ROI)方法,对包含大部分光谱能量的强干涉区域优先编码。辅助重构方法在ROI保护方面也具有明显的优势,在保护强干涉区域的同时,能减少弱干涉区域的信息损失。实验结果表明,和变换域的DSC相比,算法的峰值信噪比(PSNR)提高了大约0.5 dB,拟合原始光谱曲线的性能较其它传统算法也有明显的提高。
图像处理 干涉多光谱图像压缩 分布式信源编码 分层树集合分割 辅助重构 感兴趣区域
西安电子科技大学 ISN国家重点实验室,西安 710071
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.
图像处理 多光谱图像压缩 小波域匹配 感兴趣区域编码 码率分配 Image processing Multispectral image compression Wavelet domain match ROI Rate allocation
西安电子科技大学ISN国家重点实验室, 陕西 西安 710071
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算法。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。
信息光学 干涉多光谱图像压缩 分布式信源编码 率失真
西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室, 西安 710071
基于空间调制型成像光谱仪的成像特点, 提出了一种适合于干涉多光谱图像的加权率失真优化多级树集合分裂(SPIHT)光谱压缩算法。该算法根据干涉多光谱图像在时域和频域的特点, 推导出时域中随着光程差的增大, 干涉图像对频域中光谱曲线的形状影响越大。因此, 在光程差方向上, 逐渐提升率失真函数的斜率, 增大对图像的保护程度, 不仅弥补了SPIHT算法在码率分配上的不足, 而且有效地保护了频域中的光谱信息。实验结果表明, 无论在时域还是频域, 该算法与现有算法相比, 性能有明显改进。
信息光学 干涉多光谱图像压缩 率失真优化截取 空间调制型光谱仪
西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室, 西安 710071
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-SPIHT)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。
信息光学 多光谱图像压缩 部分三维等级树集合划分算法 三维离散小波变换 多小波基 感兴趣区域编码
