[发明专利]适于多光谱图像压缩的配准预处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及多光谱图像压缩前的预处理工作，可用于卫星拍摄的多光谱图像压缩传输前的配准。

背景技术

图像配准就是将不同传感器或不同条件下获取的两幅或多幅图像进行匹配，叠加的过程，它已经被广泛的应用于遥感分析、计算机视觉和图像处理等领域。

多光谱图像是利用卫星或飞机对同一地区、同一时间的物体，采用不同的谱段拍摄的图像的合集，例如红、绿、蓝和近红外四个谱段拍摄的多光谱图像。多光谱图像由于包含谱段多，信息量大，可以利用其进行地面遥感、地貌分析等等。但由于多光谱图像所需存储空间很大，在传回地面做处理前必须进行充分有效的压缩才能实现实时传输处理。

在多光谱成像中，由于相机角度的问题，对同一物体进行拍摄所得到的不同谱段的图像之间往往会有一定的偏移，该偏移会导致不同谱段图像间的相关性降低，进而影响到对该组图像的压缩效果。因此，在对多光谱图像进行压缩之前，需要对各谱段图像进行配准预处理，以提高不同谱段图像间的对齐程度，进而改善压缩性能。

将图像分辨率为1024×1024像素的多光谱图像MS1分别进行未配准与配准后压缩，对比压缩比和PSNR得出：在无损压缩条件下，未配准图像的压缩比为1.64925，配准后图像的压缩比为1.89259；在2倍有损压缩条件下，未配准图像的压缩比为2.00956，PSNR为57.723dB，配准后图像的压缩比为2.01043，PSNR为61.49dB；在4倍有损压缩条件下，未配准图像的压缩比为4.05134，PSNR为48.275dB，配准后图像的压缩比为4.03851，PSNR为53.1825dB；在6倍有损压缩条件下，未配准图像的压缩比为6.078511，PSNR为43.66dB，配准后图像的压缩比为6.086132，PSNR为48.355dB；在8倍有损压缩条件下，未配准图像的压缩比为7.998718，PSNR为41.1275dB，配准后图像的压缩比为8.079755，PSNR为45.655dB。

除此之外，还对其他多幅多光谱图像做了测试，结果均是配准后的多光谱图像的压缩性能优于未配准的多光谱图像。

配准预处理系统主要实现以下功能：对一组多光谱图像，通过一定的配准准则，确定待配准图像与参考图像的像素偏移量，对待配准图像进行一定的处理，使得该多光谱图像不同谱段之间达到对齐的效果，然后传给后级系统做压缩处理。

现有针对多光谱图像配准大多集中在地面后处理方面，对于配准功能的实现，往往采用较为精确、相对复杂的算法。例如中国科学院上海技术物理研究所在2004年发表于《红外技术》的文章“多光谱图像配准实时处理技术研究”就针对多光谱图像的配准问题，提出了基于边缘特征的匹配算法，并在DSP、FPGA上实现。其他类似方案采用了互信息、遗传算法和MQ几何校正模型结合的算法进行多光谱图像的自动配准。中国科学院中国遥感卫星地面站在2007年发表的“一种新的卫星多光谱图像自动配准算法”就是采用此方案，文中具体介绍为：以互信息作为配准的相似度度量，利用遗传算法提高速度，利用MQ几何模型能够建立几何关系。

上述这些系统方案的缺点是：配准算法复杂度较高，硬件实现较为复杂，需要借助DSP芯片配合FPGA实现；处理延迟较大，不能用于卫星上多光谱图像的实时高效传输。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种适于多光谱图像压缩的配准预处理系统，以简化系统结构，减少硬件资源，实现卫星拍摄的多光谱图像的实时高效传输。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适于多光谱图像压缩的配准预处理系统，其特征在于通过一片FPGA实现，它包括图像输入模块、图像缓存模块和配准计算模块：

所述图像输入模块，用于将电荷耦合元件CCD全景相机产生的辅助数据和待配准多光谱图像各谱段数据重新组织成适于FPGA内部处理的图像数据，并输出给图像缓存模块和配准计算模块；

所述图像缓存模块，用于缓存图像输入模块的输入图像数据；

所述配准计算模块，包括：

两个下采样子模块，用于将从图像输入模块读出的图像数据和从图像缓存模块读出的图像数据重新拆分为图像像素点，再对连续的4个像素点求取平均值得到一个新的下采样像素点以代替原4个像素点，并输出给配准控制子模块；

协方差计算子模块，用于求得配准控制子模块输入的两路谱段图像数据的协方差，并将协方差值输出给配准控制子模块；

配准控制子模块，用于完成多光谱图像配准，即：