由微纳结构阵列构建的超构透镜体积小、质量轻，通过复合结构可实现多功能化设计，其口径一般为微米量级，对于诸如厘米级口径的超构透镜，其含有的微纳结构单元数量达到数十亿个。如果采用逐一建模的方式绘制这些微纳结构，必然导致版图文件过大，以至图形绘制时间长以及版图无法打开。为了解决此问题，基于版图设计软件L-Edit提出环状布局的超构透镜设计方法，采用二进制与库调用相结合的方法绘制超构透镜每个圆环中构建单元阵列，从而实现大口径超构透镜版图文件的有效压缩。研究结果表明：设计的超构透镜实现了亚波长聚焦；针对口径为50 mm的超构透镜，利用本文提出的版图绘制压缩方法，其版图文件大小为176 MB，远小于采用逐一建模绘制方式生成的版图文件（3.70 TB），实现了大口径超构透镜版图设计文件海量数据的高效压缩，从而保证了大口径超构透镜元件设计的可制造性。
超构透镜 大口径 版图设计 数据压缩 metalens large-aperture layout design data compression 光学 精密工程
2022, 30(15): 1828
1 中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室，北京00094
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京10019
3 北京市遥感信息研究所，北京100192
为了降低大面阵相机所面临的数据采集与传输压力，借鉴压缩感知理论，提出一种光学遥感影像高效编码与重构方法。首先，构建了空域与感知域联合的多域联合感知矩阵，在采样的同时实现压缩，获取多重压缩域信息。然后，面向多域压缩信息，提出一种基于Huber函数的重构方法，实现图像的快速和高保真重构。实验结果证明：本文所提出的光学图像高效编码与重构方法，PSNR和SSIM均优于JPEG压缩方法，针对吉林一号、单一目标红外影像、场景红外影像，PSNR达到40 dB，SSIM优于0.8。本文基于该方法设计了一套高效光学图像编码与重构系统，能够实现星上快速压缩和高保真重构的需求。
压缩感知 数据压缩 图像重构 成像系统 compressed sensing data compression image reconstruction imaging system 光学 精密工程
2021, 29(12): 2956
1 太原科技大学电子信息工程学院, 山西 太原 030024
2 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
虚拟结构光编码算法将三维(3D)数据编码成二维(2D)彩色条纹图像的相位信息,以实现数据压缩存储。在将2D彩色条纹图像解码成3D数据时,需要计算条纹相位并进行相位展开,最后映射为3D数据。2D图像的压缩存储会使相位级次索引图出现边缘量化错误,导致3D数据z方向信息解码错误。针对这一问题,改进了虚拟结构光3D数据解码过程,提出了一种有效的局部相位误差修正算法,以提高3D数据的解码精度。数据解码过程中,建立算法,得到绝对相位展开与相对相位展开的准确差值,利用两者差值固定的特点,对其突变区域建立相位补偿机制,抑制相位级次索引图边缘量化误差而引起的3D数据解码错误。实验验证了所提算法的有效性,对编码得到的2D图像压缩存储后,改进的数据解码方法可有效提高虚拟结构光3D数据编码算法的稳健性,与中值滤波算法相比,所提方法可将数据解码方均根误差平均降低9.7%。
测量 条纹分析 三维数据压缩 虚拟结构光编码 数据解码 量化误差抑制 相位展开 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 151203
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
利用时间拉伸显微成像系统观察并记录非重复动态随机现象，在其超高成像速度和高空间分辨率下必定会产生大量的数据。一种基于差分检测和游程编码的数据压缩方法，可以有效地解决时间拉伸成像系统的数据存储问题。差分检测可以消除连续相同的信号，只检测出相邻信号的差异，从而提高游程编码算法的有效性。实验中，采用扫描频率为77.76 MHz的时间拉伸显微成像对分辨率板、人红细胞和人乳腺癌细胞线性扫描成像。实验结果表明，数据压缩比可以达到8.47，对比分析发现经过差分检测方法可以获得更高的压缩比。另外，通过计算重建后的图像与原图的结构相似性(SSIM)值发现，经过数据压缩后高质量的图像可以被重建。
超快成像 差分检测 游程编码 数据压缩 成像质量 ultrafast laser imaging differential detection run length encoding data compression imaging quality 强激光与粒子束
2018, 30(9): 099002
目前雷达情报数据传输以短波电台和光纤通信为主, 这些传输手段遭到破坏后通信容量将会极大降低。为解决低通信容量下的航迹数据传输问题, 提出了一种基于航迹数据曲线拟合的数据压缩方法。雷达探测目标得到点迹, 然后将点迹关联形成航迹, 先对航迹进行曲线拟合得到拟合曲线参数。通过传输拟合曲线参数来代替传输航迹数据, 最终利用拟合曲线参数恢复出航迹, 从而极大压缩数据传输量, 完成在低通信容量下的雷达航迹数据传输。
航迹拟合 数据压缩 雷达 数据传输 低通信容量 track fitting data compression radar data transmission low transmission capacity
1 合肥师范学院数学与统计学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
时间序列三维荧光光谱数据量大和信息丰富的特点虽然有利于有机物的定性和定量分析, 但是大量冗余信息的存在增加了计算的复杂度和计算量。 在分析了时间序列三维荧光光谱的时频特征后, 分别利用聚类分析和二维小波变换从时间维和光谱维对三维荧光光谱进行了压缩。 在聚类分析中探讨了样本距离、 类间距离、 复合相关系数和R平方统计量等关键因素。 相关系数和R平方统计量的结合不仅提高了聚类分析的精确度, 而且减少了二维小波在光谱维进行数据压缩的工作量。 相关的数值实验表明压缩后的数据保留了原有时间序列三维荧光光谱的重要信息。
三维荧光光谱 聚类分析 小波分析 数据压缩 Three-dimensional fluorescence spectroscopy Cluster analysis Wavelet analysis Data compression 光谱学与光谱分析
2017, 37(4): 1163
为提高并行绘制系统中的帧率，从数据压缩的角度出发，搭建了基于 InfiniBand的并行绘制系统。首先对并行绘制系统中数据进行分类，根据当前帧的数据量大小设置临界值，对达到临界值的几何数据进行无损压缩。本文研究并对比了 LZ77,LZW,LZO三种数据压缩算法对系统的影响。实验表明， LZ77,LZW和LZO算法均对系统的帧率有所提高，而 LZO算法对系统的帧率提高最明显且稳定性最好，使系统帧率提高近 60%。无损数据压缩对提高并行绘制系统性能具有很明显的效果。
并行绘制系统 数据压缩 InfiniBand架构 LZO算法 LZW算法 LZ77算法 parallel renderingsystem data compression InfiniBand Lempel -Ziv-Oberhumer algorithm Lempel -Ziv-Welch algorithm LZ77 algorithm 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(2): 268
西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
三维扫描技术获取的三维轮廓数据体积较大, 不便于三维数字博物馆数据的实时传输和显示。针对这个问题, 提出了基于复合抖动技术的三维轮廓数据压缩方法。首先, 利用虚拟结构光投影系统实现三维轮廓数据的图像存储。然后, 对图像的不同通道使用不同的抖动技术进行处理, 并将结果保存到8位灰度图中主要的3位或者3幅1位逻辑图中, 实现三维轮廓数据的进一步压缩存储。实验表明, 与提供的三维模型格式相比提出方法的数据压缩比高达75.9∶1, 非常适合三维轮廓数据的实时传输、重建与显示。
三维轮廓数据 数据压缩 虚拟结构光投影 相位编码 抖动技术 three dimensional profile data data compression virtual structured-light projection phase encoding dithering technique 强激光与粒子束
2016, 28(7): 079002
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
近年来，在线三维数字博物馆成为文物保护和资源共享的新兴手段，但是使用三维扫描技术获得的三维轮廓数据体积较大，不便于三维数字博物馆数据的实时加载与显示。针对该问题，提出了一种基于灰度值编码的三维轮廓数据表示方法。在虚拟条纹投影系统的基础上，根据虚拟照相机水平方向分辨率将灰度值编码为8 位灰度图像或者8 位灰度图像和二值图像，并将其作为投影图像进行投影。使用虚拟照相机对发生形变的投影图像进行拍摄，实现三维轮廓数据的图片表示。实验结果表明，与传统的三维数据格式相比，提出方法所需的数据加载及显示时间减少了98%以上，非常适合基于三维轮廓数据数字博物馆的数据实时加载与显示。
信号处理 三维轮廓数据压缩 灰度值编码 虚拟条纹投影系统 三维数字博物馆 中国激光
2015, 42(12): 1209001
东北石油大学 电子科学学院,黑龙江 大庆163318
提出一种合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)原始数据幅相(amplitude and phase,AP)变换域压缩算法,该算法首先把以幅度、相位形式表示的SAR原始数据做离散余弦变换以降低数据间的相关性,并使数据的统计特性符合高斯分布,再对变换系数进行网格编码量化(TCQ)。对实测SAR数据进行了实验,结果表明该算法能够有效地控制相位精度,在同等量化标准下,平均误差和相位误差有了一定的降低,数据相似度、数据信噪比、图像信噪比等指标都有相应的改善。
SAR原始数据压缩 离散余弦变换 比特分配 网格编码量化 SAR raw data compression discrete cosine transform bit allocation trellis coding quantization
