CN103916624A - 一种高分辨率图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高分辨率图像处理方法，包括以下步骤：1】图像数据采集；2】预处理单元对接收到的滤波后图像数据进行预处理：3】预处理单元将变换后图像数据块发送给主处理器进行编码处理；4】图像数据输出：根据地面监控站的监控指令，如监控指令为发送，则主处理器通过HDLC通道将编码后的图像数据发送给载机，载机通过无线通道传输给地面监控站；如监控指令为储存，则主处理器将编码后的图像数据存储至大容量存储设备。本发明解决了现有的数字航空摄影相机数据量大、不易存储、不利于传输的技术问题，本发明具有低码流、实时性好、容错能力强、支持有损和无损压缩，同时还具有成本低、通用性好的特点。

Description

一种高分辨率图像处理方法

技术领域

本发明嵌入式计算机的图形图像处理领域，具体涉及一种高分辨率图像处理方法。 

背景技术

随着现代传感器技术及计算机技术的飞速发展，航空侦察相机也由传统的胶片式向数字化方向发展，多波段光学器件和CCD面阵为航空侦察相机的数字化提供了便利条件，其高精度、高分辨率为航空对地观测系统的建设与发展起到了保障作用。然而为达到其高精度、高分辨率要求，图像的原始数据量也呈级数上升，如何保证长航时、高保真、数据传输的实时性？传统的胶片式相机由于存在信息记录时间短、图像质量差、误码率高、实时性差等问题，已不能满足现今航空对地观测的要求。 

数字航空摄影相机以其分辨率高、收容面积大、定位精度高等优点广泛应用于民用及军用领域。但是由于其数据量大、在有限空间内不易存储、不利于传输，需要一种针对数字航空摄影相机的图像压缩技术，以解决数据量大、存储时间短的问题。 

发明内容

为了解决现有的数字航空摄影相机数据量大、不易存储、不利于传输的技术问题，本发提供一种高分辨率图像处理方法，通过对图像数据进行预处理、重组后压缩，可实现图像数据的有损和无损压缩，能够满足长航时、高保真、数据传输的实时性等需求。 

本发明的技术解决方案： 

一种高分辨率图像处理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤： 

1】图像数据采集； 

FPGA的图像采集单元接收CCD相机输出的原始图像数据，并通过滤波单元对原始图像数据进行滤波处理，输出滤波后图像数据给预处理单元； 

2】预处理单元对接收到的滤波后图像数据进行预处理： 

2.1】对滤波后图像数据进行均匀分块处理得到多个图像数据块，每个图像数据块的大小为宽W×高H=2ⁿ×2^k，其中n，k均为整数，

如果图像数据不够分成整数个图像数据块时，则补入黑背景图像数据，直至能够分成整数个图像数据块； 

2.2】离散小波变换：依据离散小波变换DWT理论，运用5/3提升小波方法对每个图像数据块同时进行变换，得到多个变换后图像数据块； 

3】预处理单元将变换后图像数据块发送给主处理器进行编码处理； 

3.1】在预处理单元和主处理器之间搭建三个数据通道，并将主处理器的存储单元划分成三个存储块，所述存储块与数据通道一一对应； 

3.2】多个变换后图像数据块按照列逐一排列，以三个为一组分成多个处理组： 

3.2.1】当前处理组中的三个变换后图像数据块通过数据通道进入各自对应的存储块； 

3.2.2】主处理器采用最优截断嵌入式块编码（EBCOT）技术，对存储单元中的三个变换后图像数据块进行编码处理，同时进行步骤3.2.3】； 

3.2.3】下一个处理组中的三个变换后图像数据块通过数据通道进入各自对应的存储块中； 

回到步骤3.2.2】，直至当前处理组为最后一组处理组； 

4】图像数据输出： 

根据地面监控站的监控指令，如监控指令为发送，则主处理器通过HDLC通道将编码后的图像数据发送给载机，载机通过无线通道传输给地面监控站； 

如监控指令为储存，则主处理器将编码后的图像数据存储至大容量存储设备。 

本发明所具有优点： 

1、本发明是一种通用于数字式航空摄影相机的高分辨率图像处理方法，具有低码流、实时性好、容错能力强、支持有损和无损压缩，同时还具有成本低、通用性好的特点。 

2、本发明可以应用于机载环境下CCD图像压缩记录、传输及显示。经过各种试验验证，该技术易于实施，记录时间长，画面清晰，软件进行自动化拼接，处理效果好，耗费时间短，能够更好、更准确的进行后期分析。 

3、本发明由于采用最优截断嵌入式块编码（EBCOT）技术进行编码，能通同时实现无损和有损压缩，使得航空高分辨率图像能够的得到有效的编码处理。 

4、本发明采用三通道加速扫描，减少编码时间，这样便能够初步满足航空图像编码的要求。 

附图说明

图1为本发明图像处理方法的系统示意图； 

图2为预处理单元将变换后图像数据块发送给主处理器的过程示意图。 

具体实施方式

一种高分辨率图像处理方法，包括以下步骤： 

1】图像数据采集； 

FPGA的图像采集单元接收CCD相机输出的原始图像数据，并通过滤波单元对原始图像数据进行滤波处理，输出滤波后图像数据给预处理单元； 

2】预处理单元对接收到的滤波后图像数据进行预处理： 

2.1】对滤波后图像数据进行均匀分块处理得到多个图像数据块，每个图像数据块的大小为宽W×高H=2ⁿ×2^k，其中n，k均为整数，

如果图像数据不够分成整数个图像数据块时，则补入黑背景图像数据，直至能够分成整数个图像数据块； 

2.2】离散小波变换：依据离散小波变换DWT理论，运用5/3提升小波方法对每个图像数据块同时进行变换，得到多个变换后图像数据块； 

3】预处理单元将变换后图像数据块发送给主处理器进行编码处理； 

3.1】在预处理单元和主处理器之间搭建三个数据通道，并将主处理器的存储单元划分成三个存储块，所述存储块与数据通道一一对应； 

3.2】多个变换后图像数据块按照列逐一排列，以三个为一组分成多个处理 组： 

3.2.1】当前处理组中的三个变换后图像数据块通过数据通道进入各自对应的存储块； 

3.2.2】主处理器采用最优截断嵌入式块编码（EBCOT）技术，对存储单元中的三个变换后图像数据块进行编码处理，同时进行步骤3.2.3】； 

3.2.3】下一个处理组中的三个变换后图像数据块通过数据通道进入各自对应的存储块中； 

回到步骤3.2.2】，直至当前处理组为最后一组处理组； 

4】图像数据输出： 

根据地面监控站的监控指令，如监控指令为发送，则主处理器通过HDLC通道将编码后的图像数据发送给载机，载机通过无线通道传输给地面监控站； 

如监控指令为储存，则主处理器将编码后的图像数据存储至大容量存储设备。 

如图2所示，基于5/3提升小波的前向DWT的流程如下：获得一列数据x[n] 

a)对于每一列数据，进行1-D DWT，公式如下： 

使用公式时要注意x[n]，y[n]的边缘拓展问题。 

b)对于1-D DWT的结果进行列交织，即 

x[n=0…sn-1]←y[2n]=y₀[n]，低频 

x[n=sn…sn+dn-1]←y[2n+1]=y₁[n]，高频 

c)每一列重复（a）、（b）、（c）步骤后；再对每一行进行获得一行数据、1-D DWT和行交织，与（a）、（b）、（c）类似。 

其中1-D DWT的流程如图2所示（为偶数序号的x，为奇数序号的x； 为偶数序号的y，为奇数序号的y）： 

从图2中不难看出求高频系数或者求低频系数时每个系数的求得都是不相关的，可以并行进行运算。通过使用MMX技术，可以一次计算4个系数（16位的short int型）。 

优化后的代码中基于5/3提升小波的前向2-D DWT的流程变为： 

a)获得一行数据，获得的同时进行交织，即 

$s_i^0=x[2*i],$ $d_i^0=x[2*i+1]$

这样均为连续内存，方便下一步的MMX优化 

b)对于每一列数据，进行1-D DWT，公式如下： 

使用公式时要注意x[n]，y[n]的边缘拓展问题。上述公式中通过使用MMX技术中的64位寄存器中4组16位数同时计算，从而实现4组数的并行计算。 

c)将1-D DWT的结果赋回x[n]，即 

$x[i=0...\mathrm{sn}-1]\←s_i^1,$ 低频 

$x[i=0...\mathrm{dn}-1]\←d_i^1,$ 高频 

d)每一列重复（a）、（b）、（c）步骤后；再对每一行进行获得数据同时交织、1-D DWT和返回值，与（a）、（b）、（c）类似。 

使用MMX优化后1-D DWT的时间为原来的约1/4，但是由于1-D DWT在2-D DWT中的运行时间只占到约1/3，另外2/3的时间用于大量的内存复制包括 行列交织。所以整个2-D DWT的运行时间节约了约25％。 

实施例1： 

CCD相机输出原始图像的有效像素为宽W×高H=10K×10K，进行滤波及预处理后，按照512×1024分块，分为20×10个图像数据块，以三个为一组分成67个处理组； 

实施例2： 

CCD相机输出原始图像的有效像素为5344×4008，进行滤波及预处理后，按照512×1024分块，分为11×4个图像数据块，以三个为一组分成15个处理组发送给主处理器进行处理。 

Claims (1)

1.一种高分辨率图像处理方法，其特征在于,包括以下步骤：

1】图像数据采集；

FPGA的图像采集单元接收CCD相机输出的原始图像数据，并通过滤波单元对原始图像数据进行滤波处理，输出滤波后图像数据给预处理单元；

2】预处理单元对接收到的滤波后图像数据进行预处理：

2.1】对滤波后图像数据进行均匀分块处理得到多个图像数据块，每个图像数据块的大小为宽W×高H=2ⁿ×2^k，其中n，k均为整数，

如果图像数据不够分成整数个图像数据块时，则补入黑背景图像数据，直至能够分成整数个图像数据块；

2.2】离散小波变换：依据离散小波变换DWT理论，运用5/3提升小波方法对每个图像数据块同时进行变换，得到多个变换后图像数据块；

3】预处理单元将变换后图像数据块发送给主处理器进行编码处理；

3.1】在预处理单元和主处理器之间搭建三个数据通道，并将主处理器的存储单元划分成三个存储块，所述存储块与数据通道一一对应；

3.2】多个变换后图像数据块按照列逐一排列，以三个为一组分成多个处理组：

3.2.1】当前处理组中的三个变换后图像数据块通过数据通道进入各自对应的存储块；

3.2.2】主处理器采用最优截断嵌入式块编码技术，对存储单元中的三个变换后图像数据块进行编码处理，同时进行步骤3.2.3】；

3.2.3】下一个处理组中的三个变换后图像数据块通过数据通道进入各自对应的存储块中；

回到步骤3.2.2】，直至当前处理组为最后一组处理组；

4】图像数据输出：

根据地面监控站的监控指令，如监控指令为发送，则主处理器通过HDLC通道将编码后的图像数据发送给载机，载机通过无线通道传输给地面监控站；

如监控指令为储存，则主处理器将编码后的图像数据存储至大容量存储设备。