基于量化策略的含云遥感图像压缩方法技术

本发明专利技术公开了一种基于量化策略的含云遥感图像压缩方法，主要解决现有技术无法保留薄云覆盖区域的地物信息、编码消耗较大的问题。其方案是：对含云遥感图像和云掩膜图像的边界进行拓展，并对云区域进行下采样和插值；计算含云遥感图像感兴趣区域近似中位数；获取标记不同云区域的灰度掩膜与标记不同云区域内外边缘的灰度图像；依据云掩膜图像对含云遥感图像的云区域进行量化处理；结合云区域内、外边缘灰度图像对云区域量化后的图像进行边界平滑；将平滑后图像中所有像素点的值减去一个中位数，再进行压缩编码，将码流发送给接收端；接收端解码码流，得到恢复图像。本发明专利技术减少了编码消耗，能部分保留薄云覆盖区域的信息，可用于含云图像的传输。于含云图像的传输。于含云图像的传输。

【技术实现步骤摘要】
基于量化策略的含云遥感图像压缩方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，更进一步涉及含无效云区域的遥感图像高效压缩方法，可用于各种含云遥感图像的传输与处理。

技术介绍

[0002]高分辨率遥感技术的快速发展，使星地图像传输带宽与遥感图像数据量之间的矛盾不断加剧，为了传输和处理获取的图像，需要快速且高效的数据压缩算法。然而遥感图像中普遍存在的云区域，占据了大量的存储空间和传输带宽，降低了感兴趣区域数据ROI，即图像中除云区域外的地物区域数据的带宽利用率。因此，研究包含无效云区域数据的图像压缩算法具有重要意义。在诸多文献中，已经提出了几种针对含无效区域图像的压缩算法，主要分为以下两类：
[0003]一类方法是对现有压缩框架的内部进行修改，以实现对感兴趣区域的优先编码或跳过无效数据区域，其包括MaxShift方法、Scaling
‑
based方法、形状自适应小波变换SA
‑
DWT方法和形状自适应比特平面编码SA
‑
BPE方法。该MaxShift方法通过提升感兴趣区域系数或抑制无效区域系数实现对感兴趣区域的优先编码；该Scaling
‑
based方法通过对感兴趣区域设置不同的优先级，实现感兴趣区域的优先编码；该形状自适应小波变换SA
‑
DWT方法在数据区域的边界上应用镜像效果进行改进；该形状自适应比特平面编码SA
‑
BPE方法是通过在Tier
‑
1编码级的分数位平面编码器中跳过系数来避免对属于无效数据区域的系数进行编码。
[0004]另一类方法是对图像进行预处理，作为现有压缩框架的前端，以尽可能降低无效区域的编码消耗，其包括Phagecyte算法、ADR算法和LEC算法。该Phagecyte算法是利用指定区域窗口内像素的算术平均值填充无效区域，以适应局部图像变化，其在商业GIS中已得到应用；该ADR算法采用感兴趣区域的平均值填充无效区域；该LEC算法是通过局部边缘上下文内的数据平均值填充无效区域，在降低无效区域编码码率的同时也减少了边缘部分的高频信息。
[0005]上述第一类方法虽然通过对现有压缩框架内部的修改达到了压缩无效数据区域的目的，但是这类方法仅适合处理感兴趣区域为规则形状的图像，而对于含云遥感图像，云区域的不规则性会导致在各个子带映射过程中感兴趣区域的像素块被视为云像素块，在抑制云区域系数的同时使感兴趣区域系数也降低，影响压缩性能。
[0006]相比前者，上述第二类方法在现有压缩框架前对图像进行预处理来降低无效区域的编码消耗，易于实现、可移植性强，而且对感兴趣区域的形状不敏感。对于含有薄云较多的图像，薄云对阳光的反射和折射比较弱，阳光能够部分透过薄云产生反射和折射，因此被薄云覆盖的地方地物信息并没有完全消失。而目前的这些预处理方法均基于填充策略，填充过程中会将云区域的信息全部损失，无法保留薄云下面的地物信息，不能在压缩性能和云区域图像恢复质量之间取得平衡。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于量化策略的含云遥感图像压缩方法，以通过对云区域数据的幅值进行合理量化，提升非云区域的压缩性能，且部分保留薄云覆盖区域的地物信息，实现压缩性能与云区域图像恢复质量的平衡。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提出的基于量化策略的含云遥感图像压缩方法，包括以下步骤：
[0009]1)图像边界扩展：
[0010]输入含云遥感图像I及对应的云掩模图像M，其中I为灰度图像；M为二值图像，感兴趣区域用0表示，云区域用1表示，这两个图像的大小相同；
[0011]分别将含云遥感图像I和云掩模图像M的宽W，高H均补成偶数，得到边界扩展后的含云遥感图像I
e
和边界扩展后的二值云掩模图像M
b
，其扩展后图像的宽W
′
为W+(W％2)，高H
′
为H+(H％2)，其中％表示取余操作；
[0012]2)对边界扩展后含云遥感图像I
e
中的云区域进行下采样和插值，得到降空间分辨率后的含云遥感图像I
b
；
[0013]3)计算感兴趣区域近似中位数Z；
[0014]4)获取带标记的云区域内外边缘：
[0015]4a)对边界扩展后的二值云掩模图像M
b
依次进行膨胀和腐蚀操作，得到膨胀后云掩模M
d
和腐蚀后云掩模M
e
；
[0016]4b)对膨胀后的云掩模M
d
中的云区域进行连通域标记，即将各个连通的云区域用不同的数字表示，得到一幅膨胀后云区域灰度图像N
d
；
[0017]4c)将膨胀后的云掩模M
d
与边界扩展后的二值云掩模图像M
b
进行逐点做差，得到一幅用1表示云区域外边缘、用0表示其他区域的二值云区域外边缘图像M
so
；
[0018]4d)将边界扩展后的二值云掩模图像M
b
与腐蚀后的云掩模M
e
进行逐点做差，得到一幅用1表示云区域内边缘、用0表示其他区域的二值内边缘图像M
si
；
[0019]4e)根据二值云区域外边缘图像M
so
、二值内边缘图像M
si
、边界扩展后的二值云掩模图像M
b
和膨胀后云区域灰度图像N
d
，得到云区域外边缘灰度图像N
so
、云区域内边缘灰度图像N
si
和云区域灰度图像N
b
；
[0020]5)云区域量化：
[0021]5a)记降空间分辨率后含云遥感图像I
b
的比特深度为Bd，并将该I
b
的云区域中每个像素值减去2
Bd
‑
1，再将云区域内的像素值统一进行右移操作；
[0022]5b)对右移后的云区域内每个像素值加上2
Bd
‑
1，得到云区域量化后的灰度图像I
q
；
[0023]6)结合云区域外边缘灰度图像N
so
和云区域内边缘灰度图像N
si
对云区域量化后的灰度图像I
q
进行边界平滑，得到边缘平滑后的图I
f
；
[0024]7)将边缘平滑后图像I
f
中所有像素点的值减去一个偏移量，得到预处理后的图像I
p
该偏移量的值等于步骤3中计算所得的中位数Z；
[0025]8)对预处理后的图像I
p
进行压缩编码，得到压缩码流S，并发送给接收端；
[0026]9)在接收端对收到的码流S进行解码，得到恢复图像I
r
。
[0027]本专利技术与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量化策略的含云遥感图像压缩方法，其特征在于，包括如下：1)图像边界扩展：输入含云遥感图像I及对应的云掩模图像M，其中I为灰度图像；M为二值图像，感兴趣区域用0表示，云区域用1表示，这两个图像的大小相同；分别将含云遥感图像I和云掩模图像M的宽W，高H均补成偶数，得到边界扩展后的含云遥感图像I
e
和边界扩展后的二值云掩模图像M
b
，其扩展后图像的宽W
′
为W+(W％2)，高H
′
为H+(H％2)，其中％表示取余操作；2)对边界扩展后含云遥感图像I
e
中的云区域进行下采样和插值，得到降空间分辨率后的含云遥感图像I
b
；3)计算感兴趣区域近似中位数Z；4)获取带标记的云区域内外边缘：4a)对边界扩展后的二值云掩模图像M
b
依次进行膨胀和腐蚀操作，得到膨胀后云掩模M
d
和腐蚀后云掩模M
e
；4b)对膨胀后的云掩模M
d
中的云区域进行连通域标记，即将各个连通的云区域用不同的数字表示，得到一幅膨胀后云区域灰度图像N
d
；4c)将膨胀后的云掩模M
d
与边界扩展后的二值云掩模图像M
b
进行逐点做差，得到一幅用1表示云区域外边缘、用0表示其他区域的二值云区域外边缘图像M
so
；4d)将边界扩展后的二值云掩模图像M
b
与腐蚀后的云掩模M
e
进行逐点做差，得到一幅用1表示云区域内边缘、用0表示其他区域的二值内边缘图像M
si
；4e)根据二值云区域外边缘图像M
so
、二值内边缘图像M
si
、边界扩展后的二值云掩模图像M
b
和膨胀后云区域灰度图像N
d
，得到云区域外边缘灰度图像N
so
、云区域内边缘灰度图像N
si
和云区域灰度图像N
b
；5)云区域量化：5a)记降空间分辨率后含云遥感图像I
b
的比特深度为Bd，并将该I
b
的云区域中每个像素值减去2
Bd
‑
1，再将云区域内的像素值统一进行右移操作；5b)对右移后的云区域内每个像素值加上2
Bd
‑
1，得到云区域量化后的灰度图像I
q
；6)结合云区域外边缘灰度图像N
so
和云区域内边缘灰度图像N
si
对云区域量化后的灰度图像I
q
进行边界平滑，得到边缘平滑后的图I
f
；7)将边缘平滑后图像I
f
中所有像素点的值减去一个偏移量，得到预处理后的图像I
p
该偏移量的值等于步骤3中计算所得的中位数Z；8)对预处理后的图像I
p
进行压缩编码，得到压缩码流S，并发送给接收端；9)在接收端对收到的码流S进行解码，得到恢复图像I
r
。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，1)中边界扩展后的含云遥感图像I
e
和边界扩展后的二值云掩模图像M
b
，宽度均为W
′
＝W+(W％2)，高度均为H
′
＝H+(H％2)，其中％表示取模操作。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，2)中对边界扩展后含云遥感图像I
e
中的云区域进行下采样和插值，按如下步骤进行：2a)将边界拓展后的云图I
e
的感兴趣区域用其均值进行填充，填充后图像记为I
′
e
；记图像I
′
e
的宽度方向下采样值为W
u
，图像I
′
e
的高度方向下采样值为H
u
。
2b)对I
′
e
进行边界拓展：若图像I
′
e
的宽和高分别能被W
u
和H
u
整除，则不用进行边界拓展；若图像I
′
e
的宽不能被W
u
整除，则需要将图像I
′
e
的宽拓展成W
u
的整数倍；若图像I
′
e
的高不能被H
u
整除，则需要将图像I
′
e
的高拓展成H
u
的整数倍；记边界拓展后的图像为I
″
e
；2c)对边界拓展后的图像I
″
e
在宽度方向以W
u
为参数进行下采样，对边界拓展后的图像I
″
e
在高度方向以H
u
为参数进行下采样，下采样后的图像记为I
down
；2d)对下采样后的图像I
down
进行双线性插值，并将双线性插值后图像的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王柯俨，顾大卫，李云松，王旭升，杨丽鋆，张建华，肖化超，韩宇，阎昆，柴昱洲，蒙红英，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：