CN102438142B - 一种基于深空背景的自适应图像压缩方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于深空背景的自适应图像压缩方法。首先，设定一帧图像的压缩比；其次对采集到的CMOS器件输出的一帧图像进行分块，通过统计每个图像块中各像素值的大小来确定该图像块属于背景图像还是目标图像。接着，统计背景图像块的个数，将背景图像应占的编码资源平均分配到目标图像中，使得目标图像压缩后所占的编码资源变大，即压缩比变小，而对于背景图像则只在压缩后的图像中输出图像标志，使得背景图像所占的编码资源减到最小，而整帧图像的压缩比仍为原来设定的压缩比，不影响传输。在解压缩时根据事先约定好的压缩比以及编码资源分配方案，根据接收到的图像标志计算每块的压缩比即可完成图像的解压缩。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像压缩方法。
背景技术
轻小型低功耗面阵CMOS相机已广泛应用于卫星本体机构、深空探测、空间站及飞船上的视频遥测，有了它就可以对卫星变轨、改变姿态、发动机工作、太阳翼展开、天线展开等活动进行监视和评估，为科研工作者在地面判断卫星工作情况提供图像依据。
轻小型低功耗面阵CMOS相机根据用途不同，成像的目标物体及背景也不同。由于要对目标物体进行实时检测，因此需要实时传输图像。但拍摄的图像数据量大，传输速度慢，因此需要对拍摄的图像进行压缩后传输。
目前国内对航天CMOS相机的压缩主要是基于固定压缩比的图像压缩，如基于小波变换的SPIHT压缩。这种压缩方法对于一幅信息量均匀的图像来说压缩效果很好。但是对于一幅深空背景的图像，其中有很大一部分像素值基本为0，另外一部分像素表示了目标，如果继续采用这种固定压缩比的算法来压缩图像，则得到的压缩图像中深空背景区域部分所占的图像比例不变，这样将会极大的浪费编码资源。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对现有技术中对于一帧图像中不同内容采用同一压缩比进行压缩所造成的编码资源分配不合理问题，提供了一种基于深空背景的自适应图像压缩方法，对具有深空背景的图像中深空背景部分和目标物体部分采用不同压缩比进行压缩，达到了自适应压缩，合理分配编码资源的目的，提高了编码效率。
本发明的技术解决方案是：一种基于深空背景的自适应图像压缩方法，步骤如下：
(1)采集CMOS器件输出的一帧图像数据后，设定图像的压缩比为N；
(2)将采集到的一帧图像分成若干长宽相等的M个图像块，每个图像块的边长为H＝2i像素，i为大于等于3的自然数；其中
A和B分别为采集到的一帧图像的横向和纵向的像元数；
(3)对每个图像块所包含像元的像素值进行统计，如果图像块中所有像元的像素值都为0，则该图像块为深空背景，并产生标志位0；如果图像块中有像素值大于0的像元，则该图像块为目标图像，并产生标志位1；统计完成后，记所有深空背景图像块的总数为L；
(4)计算目标图像块的编码量Im＝I+Im1，其中
Ib＝L×I为深空背景图像块所需占用的编码量，
为边长为H的图像块的编码量；
(5)根据步骤(4)得到的目标图像块的编码量对整帧图像进行编码压缩，并在压缩结果前面加上该帧图像包含所有图像块的对应标志位后输出。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法将背景图像和目标图像进行区分压缩，采用不同的编码量，能够在不影响速度的情况下有效的提高图像压缩性能。本发明方法可用于轻小型低功耗空间CMOS相机上，由于采用了基于深空背景的自适应编码量分配控制，使得大部分编码可以详细的描述图像中的有效信息，极大的提高了压缩编码的利用率，从而在相同总编码量的情况下提高了图像质量；
(2)本发明方法对每一帧图像的压缩比是固定的，方便传输，但对于一帧图像中深空背景部分压缩比大，而对于该帧图像中的目标物体压缩比小，使得编码资源合理分配，极大的提高了视频遥测相机的图像压缩性能，为卫星减轻了数据传输的压力，能够以最少的数据量表示丰富的图像信息，为卫星等空间机构在轨运行情况监视提供重要保障，为科研工作者对卫星运行情况的了解和改进提供了清晰的直观视觉信息。
附图说明
图1为本发明图像压缩方法的流程图；
图2为本发明方法中对一帧图像的分块示意图。
具体实施方式
很多遥感图像都是基于深空背景的，如对太阳翼展开、天线展开等的监测，一帧图像中有很大一部分是深空，深空部分图像的像素值基本为0，即全是黑色，没有什么信息，而且压缩后该部分的值仍为0，对于该部分图像希望所占的压缩编码资源越少越好。据此，本发明方法的流程如图1所示，主要步骤如下：
1)采集CMOS器件输出的一帧图像数据后，设定图像的压缩比为N。一帧图像大小为A×B，其中A、B分别为该帧图像的横向和纵向的像元数，为2的整数倍，此时图像总的编码量为
2)对一帧图像进行分块。如图2所示，将图像分成若干长宽相等的图像块，块边长为H，H＝2i像素，i为大于等于3的自然数，即图像共分成M块，其中
因此每个图像块的编码量为
3)对每块图像的像素值进行统计，并区分背景图像块和目标图像块。如该图像块中所有像素值都为0，表示该部分图像为深空背景，此时对应的产生标志位0，若该图像块中有像素值大于0的像元，表示该部分图像为目标图像，此时对应的产生标志位1。对所有图像块统计完成后，计算标志位为0的图像块的个数，即有背景图像标志的图像块数，记为L。
4)计算目标物体图像块的编码量。由于背景图像块的像素值都为0，压缩编码后仍为0，因此可以直接由标志位表示该块，而省去编码量，将省到的背景图像块所占的编码量平均分配到目标图像块中，使得目标图像的压缩比变小，编码量变大。
背景图像一共占的编码量为Ib＝L×I，分配到目标图像块中，平均每个目标图像块多分配的编码量为
因此每个目标图像块的编码量为Im＝I+Im1。
由此可知，图像总的编码量不变，但目标图像块的编码量变大。
5)将目标图像块及目标图像块的编码量送给压缩环节，通过SPIHT编码方法或者其他的编码方法按块对整帧图像进行压缩。
6)在压缩图像的前面加上该帧图像所有图像块的标志位后输出。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种基于深空背景的自适应图像压缩方法，其特征在于步骤如下：
(1)采集CMOS器件输出的一帧图像数据后，设定图像的压缩比为N；
(2)将采集到的一帧图像分成若干长宽相等的M个图像块，每个图像块的边长为H＝2i像素，i为大于等于3的自然数；其中A和B分别为采集到的一帧图像的横向和纵向的像素数；
(3)对每个图像块所包含像素的像素值进行统计，如果图像块中所有像素的像素值都为0，则该图像块为深空背景，并产生标志位0；如果图像块中有像素值大于0的像素，则该图像块为目标图像，并产生标志位1；统计完成后，记所有深空背景图像块的总数为L；
(4)计算目标图像块的编码量Im＝I+Im1，其中Ib＝L×I为深空背景图像块所需占用的编码量，
为边长为H的图像块的编码量；
(5)根据步骤(4)得到的目标图像块的编码量对整帧图像进行编码压缩，并在压缩结果前面加上该帧图像所有图像块的对应标志位后输出。
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