基于空间方向与谱间多级簇变换的可逆超光谱图像压缩编码研究

空间和谱间三维变换是超光谱图像渐进压缩中的关键技术之一，传统的三维变换编码忽略了空间域图像的方向特性、谱方向变换后同频谱段的相关性和编码单元分割导致的谱信息失真。本项目研究利用方向滤波器检测超光谱图像空间域的边缘和纹理方向，设计并行可分离的二维空域自适应方向提升变换，实现沿着图像边缘和纹理的方向变换，有效减小空域相关性和高频能量；同时，研究谱方向的可逆多级交叠变换和KL变换，提高变换后的低频簇能量，降低因编码单元分割导致的谱方向边界失真。在以上新的三维混合变换研究基础上，设计相应的三维比特面编码率失真优化方法和上下文熵编码器，实现超光谱图像从有损到无损的渐进编码，为我国新一代超光谱图像压缩提供理论基础。

高光谱图像压缩是近年来遥感领域的研究热点。本项目研究利用方向滤波器检测超光谱图像空间域的边缘和纹理方向，设计并行可分离的二维空域自适应方向提升变换，实现沿着图像边缘和纹理的方向变换，有效减小空域相关性和高频能量；研究利用空间方向预测器和谱方向高阶预测器，实现了光谱图形的高性能无损压缩编码。为了实现从无损到有损的超光谱图像压缩，研究了谱方向的可逆多级交叠变换和KL 变换，提高变换后的低频簇能量，降低因编码单元分割导致的谱方向边界失真。在以上新的三维混合变换研究基础上，设计相应的比特面编码率失真优化方法和上下文熵编码器，实现超光谱图像从有损到无损的渐进编码。考虑到算法的复杂度问题，研究了利用GPU高性能并行计算实现算法的实时性。此外还扩展地研究了分布式算术编码等信道编码技术在图像传输中应用。项目研究内容不仅为我国下一代超光谱图像压缩算法提供了理论依据，为了进一步理论结合实际应用，我们把本项目所研究和提出的方法应用到北极黄河站多光谱极光视频图像的压缩与传输中，首次实现了黄河站极光数据的实时压缩与传输，为我国极地科考事业贡献了力量。