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合成孔径雷达(SAR)是一种有源微波遥感系统,可以对地球表面进行全天时、全天候、大面积相干成像扫描,通过对回波信号进行脉冲压缩处理以对地面进行高分辨率成像,即使是在能见度极差的天气条件下,也能够获得效果与光学照相相近的高分辨雷达遥感图像。因此,合成孔径雷达在民用遥感和军事侦察领域都具有极其重要的应用价值。
目前,随着科学技术的飞速发展,SAR系统正逐步向着多极化、多波段、多模式等方向发展。与此同时,SAR系统所能达到的分辨率也得到了大幅度的提高,实时成像技术日益发展成熟,这都使得SAR系统的输出数据率迅猛增加,通常高达数百兆比特/秒。如此大的数据量将导致庞大的在线存储需要,并且导致通过计算机网络传输数据的效率降低。因此,通过有效地对系统的输出数据,尤其是图像数据,进行压缩编码,降低数据量和传输所需带宽,同时尽可能多地保留图像中的有用信息,以便将来进行后期处理和应用成为SAR图像数据处理中的一个关键问题。
针对上述需求,本文主要研究了基于小波变换的合成孔径雷达图像实时压缩算法,主要研究工作有以下几点:
(1)简单介绍了图像压缩编码的基本原理、常用方法及评价标准,详细阐述了小波理论以及基于小波变换的嵌入式压缩编码算法,并应用多级树集合分裂算法对多幅SAR图像进行了压缩实验,证明了该算法在SAR图像压缩方面的应用是切实可行的。
(2)详细阐述了多级树集合分裂算法的编、解码流程,分析了该算法编码过慢、占用内存资源较大的原因,并对其在硬件实现过程中的内存占用量进行简单估计。针对原始多级树集合分裂编码算法编码时间长,耗费资源多,不利于实时实现的缺点,本文提出了一种改进的无链表多级树集合分裂算法,应用四个比特位图代替原始算法中的三个动态链表对编码状态进行跟踪。与原始算法相比,改进算法占用的内存资源更少,编码速度更快,更适合硬件实现。
(3)分别采用原始SPIHT算法和本文提出的改进SPIHT算法对多幅SAR图像进行压缩实验,选用的实验图像包括不同的星载和机载SAR图像。实验结果表明,改进的多级树集合分裂算法能够达到与原始算法相近的良好的压缩性能,即使是在压缩比较大的情况下,改进算法仍能够较好地保留原图像中的有用信息,是有效的SAR图像实时压缩算法。同时,对改进算法在编码过程中的内存占用量进行了分析,结果表明,改进算法在编码过程中所占用的内存资源量大大少于原始算法的占用量。