基于JPEG2000光谱图像实时压缩系统研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:newlinge
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随着光谱成像技术的飞速发展,成像光谱仪采集到的高分辨率海量光谱数据面临传输和存储介质的有限性问题,需要在传输和存储之前先对光谱图像进行压缩处理。考虑到现场采集数据存在实时性问题,而且并不是所有的压缩算法都适合光谱数据,作者针对高光谱图像数据的特征,充分分析其空间相关性和谱间相关性特点,研究设计了基于JPEG2000压缩标准的硬件实施方案,经过理论分析和试验证明,作者提出的压缩方案针对高光谱数据压缩效果明显,失真度小,重构图像清晰可见。采用硬件压缩方案的原因是考虑到硬件压缩系统具有实时性优点。本文作者在研读了许多关于JPEG2000光谱压缩的文献之后,发现以软件处理光谱图像数据的文章居多,很多是软件算法仿真结果,没有实际去应用压缩方案,有些论点只停留在理论层面,并没有迈出实践的一步。同时软件压缩主要靠CPU和软件系统,系统资源占用率大,不能达到大路数全实时处理。相反,硬件压缩方案因为专用压缩芯片分担了主机的繁重的运算任务,各施其职,系统资源占用小,处理速度快。JPEG2000作为新一代静止图像压缩的标准,较JPEG有很多优势;基于数字微镜器件(DMD:Digital Micro-mirror Device)的哈达玛变换(Hadamard transform)是一种新型的光谱成像技术,随着MEMS技术的发展,正在成为研究热点。鉴于这些方面的考虑,本文针对数字微镜器件(DMD)哈达码编码产生的光谱图像提出并设计了硬件实时压缩方案。本课题在深入研究JPEG2000压缩标准的前提下,搭建了基于JPEG2000的光谱图像硬件压缩平台。压缩系统采用FPGA+ADV212结构,FPGA主要用于逻辑控制和辅助数据转换,而ADV212是ADI(Analog Devices Inc)公司出品的专用JPEG2000压缩编解码芯片,是早期推出的压缩芯片ADV202升级版。通过分析光谱数据压缩的结果,理论分析与事实证明:用大容量高速FPGA器件控制ADV212的片上系统可以解决软件压缩所缺乏的实时性问题,而且具有体积小,运算速度快,现场可修改的特点。因此,压缩系统以FPGA和ADV212为硬件平台,对光谱图像进行JPEG2000标准的压缩是行之有效的。这为光谱仪采集到的原始宝贵数据提供了高质量的传输保障,填充了软件压缩缺乏的现场实时性,同时为目标探测和识别等实时性应用场合奠定了良好的技术基础。显然,此压缩方案对民用和军用都具有重要的现实意义。
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