[发明专利]基于多模式预测的成像光谱图像压缩方法

摘要

本发明公开了一种基于多模式预测的成像光谱图像压缩方法，由成像光谱仪或其他数字化仪器完成成像光谱数据的采集，将目标图像的光学信号转化为数字图像信号，存储在采集设备存储器中；计算机通过现有的USB、红外接口读入图像，在处理器中进行基于多模式预测的成像光谱图像有损压缩；压缩结果可以直接存储在本地硬盘，或通过网络存储设备或进行网络存储；压缩方法主要包括计算最优预测顺序步骤，以及根据预测顺序对当前波段进行多模式的预测步骤：对成像光谱图像展开水平模式、垂直模式和直流模式的空间预测或一种模式的谱间预测。整个方法压缩效率高，方法复杂度低，执行速度快，易于移植到嵌入式平台从而实现星上应用。

主权项

一种基于多模式预测的成像光谱图像压缩方法，由成像光谱仪或其他数字化仪器完成成像光谱数据的采集，将目标图像的光学信号转化为数字图像信号，存储在采集设备存储器中；计算机通过现有的USB、红外接口读入图像，在处理器中进行基于多模式预测的成像光谱图像有损压缩；其特征在于：所述的压缩结果可以直接存储在本地硬盘，或通过网络存储设备或进行网络存储；所述的压缩方法主要包括计算最优预测顺序步骤，以及根据预测顺序对当前波段进行多模式的预测步骤：所述计算最优波段预测顺序步骤中，成像光谱图像在不同的光谱区间内其波段之间的相关性特点不同，在预测之前对各个波段进行顺序重排，并作为以后波段的预测波段；所述多模式预测中，以图像块为单位，对成像光谱图像展开水平模式、垂直模式和直流模式的空间预测和一种模式的谱间预测，以预测精确度高的确定为该图像块的预测模式；成像光谱图像压缩包括下述步骤：计算机从存储设备读入成像光谱图像，每个波段的图像用一个二维数组表示；计算各个波段间的相关系数矩阵；采用相关系数来确定波段之间的相关性，如下式： ρ XY = Cov ( X , Y ) D ( X ) D ( Y ) = Σ i = 1 H Σ j = 1 W [ X ( i , j ) - μ X ] [ Y ( i , j ) - μ Y ] Σ i = 1 H Σ j = 1 W [ X ( i , j ) - μ X ] 2 Σ i = 1 H Σ j = 1 W [ Y ( i , j ) - μ Y ] 2 - - - ( 1 ) 其中，H和W分别表示图像的高度和宽度，i和j分别表示像素所在的行和列，X和Y分别表示两个波段获取的图像，μx和μy分别表示波段X和Y的像素均值，D(X)、D(Y)为波段X、Y的方差，Cov(X，Y)为波段X和波段Y之间的协方差，ρXY为波段X与Y之间的相关系数；设成像光谱图像有N个波段，两两波段之间的相关系数形成N×N的相关系数矩阵，将对角线和上三角矩阵的值置为0；通过计算相关系数矩阵的最大生成树，得到预测顺序表：根据预测顺序表对成像光谱图像的每个波段进行多模式预测，并对预测残差进行整数变换、量化和熵编码从而得到压缩数据；压缩后的数据输出到缓存器，直接在本地进行存储或通过网络存储设备进行远程传输等操作；将所有波段压缩完毕后，关闭预测顺序表文件，关闭原始成像光谱图像文件。