CN111225213B - 一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法 - Google Patents

Abstract

一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法。首先，设置一帧图像的压缩比。其次，对采集到的CMOS图像传感器输出图像按照Bayer色彩分布格式，进行G、B、R色彩分离。再次，将分离出的G通道图像、B通道图像、R通道图像进行分块，并采用“Z型”方式对所有图像块进行编号。最后，对分块后的G、B、R通道图像分别按块进行压缩编码，并在压缩后的输出图像中添加块颜色标识、块序号和块大小。在图像解压缩时根据块颜色标识、块序号和块大小，对每块图像进行解码，并按照G、B、R颜色分布重新恢复出Bayer图像。本发明有效克服了在轨Bayer图像需要先进行色彩插值转换为RGB888图像，再转换至YUV色彩空间进行压缩带来的高计算复杂度问题和色彩转换过程中引起的信息丢失问题，同时增强了Bayer图像的压缩效率，便于在轨实现。

Description

一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法

技术领域

本发明属于航天遥感技术领域，涉及一种Bayer图像压缩方法。

背景技术

低功耗面阵Bayer彩色CMOS图像传感器相机，越来越多的应用于深空探测、对地遥感、在轨监视、在轨目标捕获与跟踪等领域，为相关科研领域研究提供了大量直观可信的研究数据。

全球深空探测、对地遥感等领域发展日新月异，对Bayer彩色图像数据的需求越来越旺盛，图像的时间和空间分辨率越来越高，但与此同时，航天领域的数据传输带宽异常宝贵。因此，需要对获取的Bayer图像数据进行在轨实时压缩编码处理。

目前，国内外在轨Bayer图像压缩编码主要是采用：1)Bayer图像插值获得RGB888图像。2)RGB888图像进行色彩空间转换至YUV空间。3)在YUV色彩空间进行压缩编码。这种压缩方法，首先经过插值和色彩空间转换，由于在轨运算复杂度和精度限制，会造成一定程度的信息损失。其次，由于每个像素都需要补全另外两种颜色信息，导致压缩前数据量是原始数据量增大1～3倍，在输出带宽不变情况下，需要损失更多信息。

发明内容

本发明解决技术问题是：针对现有技术图像预处理流程复杂、图像损失信息较多、压缩效率低的问题，提出了一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法，能够降低Bayer图像预处理复杂度，减少图像信息丢失，更易于在轨实现。

本发明的技术解决方案是：

一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法，包括如下步骤：

1)采集CMOS图像传感器输出的Bayer图像；

2)将采集到的Bayer图像中的每帧图像均按照G通道、B通道、R通道进行色彩分离提取，得到每个通道对应的子图像；

3)分别判断每个子图像相邻两条边的长度是否均能被n整除，n＝2ⁱ，i为大于或等于4的整数，若子图像相邻两条边的长度均能被n整除，则进入步骤5)，反之进入步骤4)；

4)将子图像进行扩展处理，获得扩展后的子图像，所述扩展后的子图像相邻两条边的长度均能被n整除，然后进入步骤5)；

5)按照相同大小对子图像进行分块处理，获得图像块，每个图像块包括n*n个像素，并对图像块进行编号处理；其中，G通道对应的子图像P_G划分为M个图像块，B通道对应的子图像P_B划分为M/2个图像块，R通道对应的子图像P_R划分为M/2个图像块，所述M为正整数；

6)初始化压缩编码器，设置压缩编码器对应压缩比为x，x＝1:1～32:1；按图像块的编号顺序将每个子图像的所有图像块依次输入压缩编码器进行压缩编码处理；

7)接收压缩编码器输出的编码图像数据，在编码图像数据前添加颜色标识、图像块编号和图像块大小信息后输出。

步骤4)所述进行扩展处理的方法，具体为：

若子图像横向的长度不能被n整除，则在子图像横向方向的最后增加多个像素值为0的像素，使子图像横向的长度能被n整除；

若子图像纵向长度不能被n整除，则在子图像纵向方向的最后增加多个像素值为0的像素，使子图像纵向的长度能被n整除。

步骤5)所述编号处理的方法，具体为：

编号采用子图像P_G、子图像P_B、子图像P_R的顺序对每个子图像中的图像块依次编号，同一行中的两相邻图像块的编号相邻，每行最后一列的图像块编号和下一行第一列的图像块编号相邻。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明将Bayer图像的3个色彩通道直接分离成对应色彩的子图像P_G、P_B、P_R，避免了由于Bayer图像进行RGB插值和YUV色彩转换导致的信息损失；

2)本发明采用Bayer图像3个色彩通道直接压缩处理，有效降低了压缩前有效数据量，提高了编码效率。在相同带宽情况下，提高了压缩后图像质量。

3)本发明子图像压缩编码方法，解决了对YUV色彩空间的依赖，对现有动静态图像压缩编码标准均有较好兼容性，提高了灵活性。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2(a)为本发明原始Bayer图像示意图；

图2(b)为本发明方法对一帧Bayer图像G色彩分离示意图；

图2(c)为本发明方法对一帧Bayer图像B色彩分离示意图；

图2(d)为本发明方法对一帧Bayer图像R色彩分离示意图；

图3为本发明方法对P_G、P_B、P_R子图像的分块处理示意图；

图4为本发明方法解码后图像复原示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法，如图1所示，为本发明方法的流程框图，包括如下步骤：

1)采集CMOS图像传感器输出的一帧Bayer图像；

2)将采集到的Bayer图像中的每帧图像均按照G通道、B通道、R通道进行色彩分离提取，得到每个通道对应的色彩分量子图像；P_G为G分量子图像、P_B为B分量子图像、P_R为R分量子图像。

3)分别判断每个子图像相邻两条边的长度是否均能被n整除，n＝2ⁱ，i为大于或等于4的整数，若子图像相邻两条边的长度均能被n整除，则进入步骤5)，反之进入步骤4)；

4)将子图像进行扩展处理，获得扩展后的子图像，所述扩展后的子图像相邻两条边的长度均能被n整除，即扩展后的子图像横向的长度和纵向的长度均能被n整除，然后进入步骤5)；

5)对3个色彩通道子图像，按照相同大小对子图像进行分块处理，获得图像块，每个图像块包括n*n个像素，并对图像块进行编号处理；其中，G通道对应的子图像P_G划分为M个图像块，B通道对应的子图像P_B划分为M/2个图像块，R通道对应的子图像P_R划分为M/2个图像块，所述M为正整数；

6)根据工作模式和压缩比要求，初始化压缩编码器，设置压缩编码器对应压缩比为x，x＝1:1～32:1；按图像块的编号顺序将每个子图像的所有图像块依次输入压缩编码器进行压缩编码处理；

7)接收压缩编码器输出的编码图像数据，在编码图像数据前添加颜色标识、图像块编号号和图像块大小信息后输出。

步骤4)所述进行扩展处理的方法，具体为：

若子图像横向的长度不能被n整除，则在子图像横向方向的最后增加多个/多列像素值为0的像素，使子图像横向的长度能被n整除；

若子图像纵向的长度不能被n整除，则在子图像纵向方向的最后增加多个/多行像素值为0的像素，使子图像纵向的长度能被n整除。扩展行和扩展列均填充固定值0；即在子图像最后一行或最后一列后，增加多个像素值为0的像素。

步骤5)所述编号处理的方法，具体为：

编号采用子图像P_G、子图像P_B、子图像P_R的顺序对每个子图像中的图像块依次编号，同一行中的两相邻图像块的编号相邻，每行最后一列的图像块编号和下一行第一列的图像块编号相邻。即，每个子图像中的图像块按照Z字型次序依次顺序编号。

实施例

1)采集CMOS图像传感器输出的一帧Bayer图像数据后，根据工作模式和压缩比要求，初始化图像压缩单元，设置对应压缩比为x。图像大小为b*a像素，其中a、b分别为图像横向与纵向像元数量，为2的整数倍(或填充为2的整数倍)；

2)将图像按照像素采集顺序，对G通道、B通道、R通道进行色彩分离提取，得到对应色彩分量的子图像：P_G(G分量子图像)、P_B(B分量子图像)、P_R(R分量子图像)。如图2所示。

3)对步骤2)得到的3个色彩通道子图像(P_G、P_B、P_R)，按照相同的n*n块大小进行分块处理，n＝2ⁱ像素，i为大于等于4的整数：P_G可划分为M块，P_B分量可划分为M/2块，P_R分量可划分为M/2块，对于图像横向和纵向不是n的整倍数图像，则将图像在扩展至n的最小倍数大小图像，图像扩展行和扩展列均填充固定值0；对分块后的图像块进行编号，编号采用P_G→P_B→P_R图像顺序，每个子图像内部均按照“Z型”方式进行顺序编号，如图3所示。

4)对步骤3)获得的P_G、P_B、P_R分块图像，按图像块编号顺序输入压缩编码器进行压缩编码处理，压缩编码器可采用JPEG2000/JPEG/SPIHT/H.264等标准算法；

5)接收压缩编码器输出的编码图像数据，在数据前添加颜色标识、块序号和块大小信息后输出。地面接收到压缩数据后，解码恢复出图像块，并按照块序号重新恢复出Bayer图像，如图4所示。

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 (2)

1.一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采集CMOS图像传感器输出的Bayer图像；

2)将采集到的Bayer图像中的每帧图像均按照G通道、B通道、R通道进行色彩分离提取，得到每个通道对应的子图像；

Bayer图像X方向长度为a个像素、Y方向长度为b个像素，将Bayer图像按照X方向和Y方向像素排列顺序，分别分离出G通道、B通道、R通道像素数据；

3)分别判断每个子图像相邻两条边的长度是否均能被n整除，n＝2ⁱ，i为大于或等于4的整数，若子图像相邻两条边的长度均能被n整除，则进入步骤5)，反之进入步骤4)；

4)将子图像进行扩展处理，获得扩展后的子图像，所述扩展后的子图像相邻两条边的长度均能被n整除，然后进入步骤5)；

5)按照相同大小对子图像进行分块处理，获得图像块，每个图像块包括n*n个像素，并对图像块进行编号处理；其中，G通道对应的子图像P_G划分为M个图像块，B通道对应的子图像P_B划分为M/2个图像块，R通道对应的子图像P_R划分为M/2个图像块，所述M为正整数；

6)初始化压缩编码器，设置压缩编码器对应压缩比为x，x＝1:1～32:1；按图像块的编号顺序将每个子图像的所有图像块依次输入压缩编码器进行压缩编码处理；

7)接收压缩编码器输出的编码图像数据，在编码图像数据前添加颜色标识、图像块编号和图像块大小信息后输出；

步骤7)后还包括：8)地面接收到压缩数据后，解码恢复出图像块，并按照块序号和颜色标识重新恢复出Bayer图像；

按照压缩码流颜色标识解码恢复出n*n个像素大小的图像块，按照图像块序号和颜色标识将图像按照X方向和Y方向编号顺序块恢复为R子图像P_R、B子图像P_B和G子图像P_G；

步骤4)所述进行扩展处理的方法，具体为：

若子图像横向的长度不能被n整除，则在子图像横向方向的最后增加多个像素值为0的像素，使子图像横向的长度能被n整除；若子图像纵向的长度不能被n整除，则在子图像纵向方向的最后增加多个像素值为0的像素，使子图像纵向的长度能被n整除。

2.根据权利要求1所述的一种Bayer格式图像分色彩通道压缩方法，其特征在于，步骤5)所述编号处理的方法，具体为：

编号采用子图像P_G、子图像P_B、子图像P_R的顺序对每个子图像中的图像块依次编号，同一行中的两相邻图像块的编号相邻，每行最后一列的图像块编号和下一行第一列的图像块编号相邻。

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