[发明专利]一种基于自适应方向预测离散小波变换的遥感影像压缩方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感影像压缩技术领域，是一种基于自适应方向预测离散小波变换的遥感影像压缩方法。

背景技术

近年来，对地观测技术的迅速发展，遥感影像的空间分辨率有了显著的提高，遥感数据量也呈几何级数增长，给数据的存储和传输带来很大的挑战，目前遥感影像的压缩技术中，常常使用已有的针对自然景物图像压缩的技术，但压缩效果非常有限，这些技术均没有考虑到高空间分辨率遥感影像数据量大、纹理与边缘信息丰富、地物结构清晰等特点。因此，研究针对遥感影像自身特点的压缩算法已成为遥感发展的一项关键技术。

离散小波变换的多分辨率分析特性以及完美的重构能力，并且在时域和频域上能根据信号的具体形态动态地进行展现，被誉为“数学显微镜”，这些优点使其被广泛应用于图像压缩领域，并已被静止图像压缩的国际标准JPEG2000所采用。Sweldens在文章“The lifting scheme：A custom-design construction of biorthogonal wavelets”中提出了一种新的基于提升框架的小波构造方法，该方法不依赖于傅里叶变换，并保持了传统离散小波的特性，基于提升框架的离散小波变换作为第二代小波，具有计算速度快、无需额外存储开销以及便于构造整数小波变换等优势。

二维图像信号的提升小波变换是通过对行和列分别进行一维提升，得到水平低通垂直低通子带(LL)、水平高通垂直低通子带(HL)、水平低通垂直高通子带(LH)和水平高通垂直低通子带(HH)四类小波子带系数，分别对应图像中的低频分量、水平垂直和对角方向纹理或边缘。这样处理使得提升小波变换在对非水平、非垂直和非对角方向上的纹理或边缘信息无法很好地得到表现，然而对于高空间分辨率遥感影像中大量的并非只沿着水平、垂直和对角方向的边缘或纹理信息，传统的提升小波变换无法有效集中这些纹理或边缘像素中的能量，这会导致重构图像中的细节信息严重失真。

为了充分利用二维图像信号的方向特性，Ding在文章“Adaptive directional lifting-based wavelet transform for image coding”中提出了一种方向提升小波变换，并且在静止自然图像的压缩中取得了良好的效果。但是该方向提升小波变换计算复杂度极高，并且仅选取近端的分数像素等9个方向作为边缘或纹理的可选方向。因此，方向提升小波根本无法满足遥感数据压缩中快速且有效处理的需求。此外，该方向提升小波是为静止自然图像的压缩而提出的，并没有考虑高空间分辨率遥感影像具有数据量大、纹理与边缘信息丰富、地物结构清晰等特点。

综上所述，深入研究结合方向小波变换并符合遥感影像自身特点的遥感影像快速编码压缩方法具有非常重要的理论与实际意义。

发明内容

为了克服传统提升小波无法有效利用遥感图像方向信息，以及传统方向小波变换计算复杂度高且方向数目不足的缺陷，本发明构造了一种能够充分利用遥感影像自身特点并且能够快速实现的方向离散小波变换，该变换能够有效地集中图像中各种边缘或纹理方向上的能量，依托本发明设计的新的方向离散小波变换，实现了一种快速高效的遥感影像压缩方法，从而显著地提高遥感影像的压缩效率，使重构图像无论在主观质量还是客观评价上都得到明显提高。

本发明所采取的技术方案为：1)将近端整数、分数像素与远端整数像素构成的15个方向联合考虑，构建方向图；2)对遥感影像进行基于自适应方向预测的二维离散小波变换，即利用基于方向一致性的四叉树分割将遥感图像划分为互不重叠的若干图像块，采用新的方向预测模型获得各图像块的最佳变换方向并沿该方向完成提升小波变换；3)对变换后图像系数进行SPIHT编码，方向信息进行自适应算术编码，获得最终码流。

本发明所采用的技术方案具体包括以下几个步骤：

步骤一：方向图设计。为了能够充分利用遥感影像的自身特点，有效提高压缩编码效率，设计一种能够充分表现遥感影像边缘或纹理方向的方向图是最为关键的步骤。本发明设计的方向图不仅包含近端的整数与分数像素，也包含远端的整数像素，共15个变换方向，本发明将这些方向作为步骤二中对遥感影像边缘或纹理走向预测的备选方向。