基于jpeg2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法，屬于數(shù)字圖像壓縮【技術(shù)領(lǐng)域】。對靜態(tài)圖像采用JPEG2000的標準進行壓縮；對圖像序列，根據(jù)無人機偵察模式和無人機圖像序列的特點，對圖像序列進行幀間補償，得到有效壓縮幀后，采用JPEG2000標準進行壓縮編碼，得到壓縮碼流。本發(fā)明用于無人機偵察靜態(tài)圖像和動態(tài)視頻的通用壓縮，有效地解決了目前分立壓縮方法在無人機平臺占用資源多、計算度復雜、壓縮時間長的問題，壓縮后靜止圖像以及偵察視頻在主觀質(zhì)量評價較高的情況下，大大縮短了壓縮時間，顯著提高了對多源異類圖像的壓縮效率。
【專利說明】基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字視頻圖像壓縮領(lǐng)域，具體涉及一種基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機承擔的任務也越來越復雜，越來越艱巨。無人機偵察任務設(shè)備向多載荷、遠距離、小型化、高分辨率和低成本方向發(fā)展，實時傳輸?shù)臄?shù)碼相機取代了膠片航空偵察相機，高光譜圖像、前視紅外儀及遠距離、多模式的合成孔徑雷達(SAR)等都在無人機平臺上紛紛應用。因此無人機的有效載荷中包括了大量的成像設(shè)備，能夠?qū)崟r獲取大量的多源異類圖像數(shù)據(jù)，包括多幀的視頻圖像和單幀的靜止圖像如:合成孔徑雷達(SAR)圖像，多光譜圖像等，帶來了多源異類圖像的共存。
[0003]多源異類圖像具有不同的時空分布特征，有著不同的處理技術(shù)要求，而目前對不同種類圖像的壓縮模塊都是分立的。分立壓縮方法主要有JPEG2000靜態(tài)圖像壓縮標準和
H.264動態(tài)視頻壓縮標準。JPEG200編碼的基本思想是:先對源圖像數(shù)據(jù)進行前期預處理，再對處理后的圖像進行離散小波變換，然后對變換后的小波系數(shù)進行量化、位平面編碼、分層裝配和打包，最后形成JPEG2000標準的輸出碼流。H.264編碼的基本思想是:將每幀圖像進行16X 16個像素點的宏塊劃分，以各塊運動矢量代表圖像序列各幀的運動內(nèi)容，根據(jù)幀的類型選擇幀內(nèi)編碼或幀間編碼模式，使用前面已編碼幀或參考幀對后續(xù)幀進行運動估計和補償生成預測宏塊，預測宏塊P和當前宏塊相減，得到圖像殘差塊，然后經(jīng)過整數(shù)DCT變換、量化、重排序、熵編碼等部分的處理，完成編碼過程。
[0004]如果在無人機上采用分立的壓縮方法實現(xiàn)對多源異類圖像的壓縮，每種源的圖像具有各自的壓縮單元，占用無人機資源比較多；不同的壓縮單元需要設(shè)置不同的接口，導致接口數(shù)目和回放次數(shù)增加，影響擴展性和可靠性；采用不同的壓縮算法，導致計算復雜度增力口，耗時增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法。
[0006]本發(fā)明的基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法，具有步驟如下:
[0007]第一步，判斷圖像幀的類型，選擇靜態(tài)圖像壓縮或動態(tài)圖像壓縮。
[0008]如果是靜態(tài)圖像，則跳到第五步進行變換編碼；如果是動態(tài)圖像，則按以下步驟進行幀間補償，然后對計算得到的非重疊區(qū)域或抽取的采樣幀進行編碼。
[0009]第二步，獲取無人機飛行參數(shù)和攝像機參數(shù)。
[0010]從空速表、高度表、陀螺儀等機載設(shè)備上獲取無人機飛行參數(shù)，從攝像頭云臺控制系統(tǒng)獲取攝像機參數(shù)。
[0011]第三步，判斷偵察模式，獲取幀間運動矢量。
[0012]若偵察模式為跟蹤詳查模式或搜索模式，則跳到第五步進行變換熵編碼；若偵察模式為水平掃描模式或普查模式，則進行幀間運動矢量的計算。
[0013]第四步，判斷偵察模式，計算非重疊區(qū)域或抽取采樣幀。
[0014]如果偵察模式為模式水平掃描模式，則根據(jù)幀間運動矢量，計算得到當前幀的非重疊區(qū)域。如果偵察模式為模式普查模式，則計算幀間的重疊率和采樣率，根據(jù)采樣率抽取采樣幀。
[0015]第五步，進行變換、量化、熵編碼。
[0016]對靜態(tài)圖像、動態(tài)視頻的非重疊區(qū)域或采樣幀進行變換，然后對變換后的系數(shù)進行量化、位平面編碼，打包生成壓縮碼流。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0018](I)實現(xiàn)了無人機偵察靜態(tài)圖像和動態(tài)視頻的通用壓縮，節(jié)省了機載資源。
[0019](2)充分利用無人機偵察圖像幀間重置率聞的特點，提聞了壓縮效率； [0020](3)大大的減少了壓縮時間，提高了實時性；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明提供的基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法流程圖；
[0022]圖2為無人機圖像序列示意圖；
[0023]圖3為計算非重疊區(qū)域或抽取采樣幀的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0025]本發(fā)明的基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法，流程如圖1所示，包括以下幾個步驟:
[0026]第一步，判斷圖像幀的類型，選擇靜態(tài)圖像壓縮或動態(tài)圖像壓縮。
[0027]將圖像幀分成I幀和P幀，靜態(tài)圖像是I幀，動態(tài)圖像序列的第一幀為I幀，其余幀為P幀。如果是I幀圖像，則跳到第五步進行變換編碼；如果是P幀，則進入第二步，進行幀間補償，然后對獲取的非重疊區(qū)域或采樣幀進行編碼。
[0028]第二步，獲取飛行參數(shù)和攝像機參數(shù)。
[0029]從空速表、高度表、陀螺儀、攝像頭云臺控制系統(tǒng)等機載設(shè)備上提取無人機飛行參數(shù)和攝像機參數(shù)。具體為:由上述空速表、高度儀、攝像頭云臺控制系統(tǒng)等設(shè)備上得到的飛
行參數(shù)組成了多元集P: {Vum?Hmiv,^aev,Pum,, Vctmf,Yctmf,,^,/(w,/?), fr}，其中 Vuav, Huav 為飛
機的飛行速度與高度；auav，為飛機的方位角與俯仰角；V_為云臺相對于飛機運動的速度；Y?！?，λ cam為攝像機的轉(zhuǎn)動角與俯仰角；Ψ為攝像機視場角；I (w，h)為所獲視頻流的每幀圖像的寬和高(以像素為單位);fr為視頻流的幀率。
[0030]第三步，判斷偵察模式，獲取幀間運動矢量。[0031]無人機按近似直線飛行時，設(shè)無人機水平運動方向為水平偏移量，無人機垂直運動方向為垂直偏移量，根據(jù)方位向和俯仰向是否掃描運動將無人機偵察模式簡化為四類:
[0032]( 1)跟蹤詳查模式:方位向、俯仰向都運動，鎖定地面場景，理想情況下為幀間全部重疊，水平偏移量和垂直偏移量為O ;
[0033](2)水平掃描模式:方位向運動，俯仰角保持不變，理想情況下水平偏移量和垂直偏移量按飛機運動速度、高度以及光電平臺方位角等計算；
[0034](3)普查模式:方位角保持不變，俯仰角保持不變，理想情況下水平偏移量按飛機運動速度、高度以及光電平臺方位角等計算，無垂直偏移量；
[0035](4)搜索模式:方位向、俯仰向都在運動掃描過程中，水平偏移量和垂直偏移量隨著平臺掃描運動而改變。
[0036]在水平掃描模式和普查模式下，無人機按照預定航線自主飛行，執(zhí)行任務階段多數(shù)為直線段。由于無人機飛行平穩(wěn)，速度緩慢，傳輸帶寬受限，所以無人機偵察圖像中幀內(nèi)相關(guān)性和幀間相關(guān)性較強，幀間重疊率大。
[0037]對偵察模式進行判斷，如果偵察模式為跟蹤詳查模式或搜索模式，則跳到第五步進行變換熵編碼；若偵察模式為水平掃描模式或普查模式，則進行幀間運動矢量的計算。
[0038]幀間運動矢量的計算如圖2所示，其中V，H為飛機的飛行速度與高度；α，β為飛機的方位角與俯仰角；Y，λ為攝像機的轉(zhuǎn)動角與俯仰角，在模式2和模式3下其值可忽略；-為攝像機視場角；I(t)為t時刻所獲視頻流的圖像幀；I(t+l)為t+Ι時刻所獲視頻流的圖像幀。具體為:
[0039]在無人機水平掃描模式(模式2)下，根據(jù)P集參數(shù)，獲取幀間運動矢量為:
[0040]攝像機所拍攝地面范圍的長度:
[0041]
【權(quán)利要求】
1.基于JPEG2000和幀間補償?shù)臒o人機偵察圖像通用壓縮方法，包括以下幾個步驟: 第一步，判斷圖像幀的類型，選擇靜態(tài)圖像壓縮或動態(tài)圖像壓縮； 將圖像幀分成I幀和P幀，靜態(tài)圖像是I幀，動態(tài)圖像序列的第一幀為I幀，其余幀為P幀；如果是I幀圖像，進入第五步；如果是P幀，進入第二步；第二步，獲取飛行參數(shù)和攝像機參數(shù)；獲取飛行參數(shù)多元集
【文檔編號】H04N19/103GK103796011SQ201410025508
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】丁文銳, 康傳波, 向錦武, 李紅光, 魯愛英 申請人:北京航空航天大學