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1、基于ROI编码的干涉超光谱图像近无损压缩第35卷第9期2006年9月光子ACTAPHoToNICASINICAVo1.35NO.9September2006基于ROI编码的干涉超光谱图像近无损压缩*张帆李自田薛利军(1中国科学院西安光学精密机械研究所,西安71068)(2中国科学院研究生院,北京100039)摘要针对干涉超光谱成像仪所成图像的特点,提出了一种基于ROI(RegionofInterest,感兴趣区域)编码的干涉超光谱图像序列压缩方法.利用帧内差值变换,结合矩形ROI编码,在提高遥感图像压缩比的同时,使压缩后的重建图像质
2、量达到近无损的技术要求.实验结果表明,这种压缩方法在干涉超光谱图像压缩中当相对光谱二次误差为2.O4时,干涉图像的压缩比达到9.66:1.关键词图像压缩;干涉超光谱图像;ROI;成像光谱技术中图分类号TN919.81文献标识码AO5l罱成像光谱技术是一项融光学,光谱学,电子技术,计算机技术及精密机械于一体的高新技术.由于利用这项技术能获得被测目标的空间和光谱的丰富信息,因此其在航空航天遥感,军事侦察,环境检测,资源勘探等方面都具有广阔的应用前景山.目前的成像光谱仪主要有三种类型:色散型,干涉型和计算层析型[3].其中,干涉成像光谱仪
3、也称Fourier变换成像光谱仪口].干涉成像光谱仪与其它成像光谱仪一样,在获得目标空间信息的同时,还获得目标的光谱信息.随着光谱遥感影像在时间,空间和光谱分辨率上的显着提高,造成了待处理数据数量的激增,这给数据的传输和存储带来了极大的困难,限制了成像光谱技术的进一步应用与发展.作为解决这一问题的有效途径,数据压缩技术的应用具有重要的意义和实用价值.=].本文针对干涉超光谱成像仪产生的干涉图像,提出了一种基于ROI编码的干涉光谱图像压缩方法.1干涉光谱成像仪的成像原理干涉成像光谱仪获得的图像包含了两维的空间信息和一维的光谱信息,与传
4、统的色散型成像光谱仪不同,干涉成像光谱仪首先将入射的一束光送入干涉仪,将之分解为具有一定光程差的光线并进行干涉叠加,由于在一行上各点的光程差不同,从而在成像平面形成具有竖条状干涉条纹的干涉超光谱图像,光谱信息就存在于干涉条纹之中.干涉成像光谱仪通过推扫方式产生另一维空间信息.干涉图像作为中间数据,需要通过傅里叶变换数值计算得到复原光谱图,如图1.这一关系可表述FouriertransformlnterferogramSpectrumInterferogram=onepixeloftheimage图1干涉图到光谱图变换Fig.1Sch
5、emeofconvertinginterferogramtOspectrum成如下形式L略去常量2干涉超光谱图像的特性B(v)=』I(z)cos(2vz)dx(1)0式中,为波数,z为光程数,L为最大光程差.Tel:010—62973322Email:zhangfan@opt.ae.en收稿日期:2005—05—27本文的研究对象是西安光机所研制的空间分辨率为100ITI,光谱分辨率在波长450～950nm间平均为5nm的空间调制干涉超光谱成像仪产生的512×256×12Bit干涉超光谱图像.干涉图像作为中问结果,必须要经过傅里叶变
6、9期张帆等.基于ROI编码的干涉超光谱图像近无损压缩换以后才能得到用户可以直接使用的超光谱图像序列.在空间遥感的应用场合,光谱复原工作通常是在地面完成.因此,数据压缩面对的对象是干涉像.干涉图像不同于普通的图像数据.干涉图像在压缩后,如果丢失信息过多,或是丢失了部分重要信息,则无法复原出真实的光谱.而与一般的静态图像相比,由于光谱图像应用领域的特殊性,对图像数据的压缩不能仅仅满足于视觉上的清晰,还要求图像信息得到最大程度的保真,这就产生了压缩效率和信息保真的矛盾.如何在尽可能保存图像信息的前提下,提高图像的压缩效率,正是本文讨论的重
7、点.由信息论可知,数字图像可被压缩的原因是像素间有相关性,含有信息冗余].对于一帧干涉图像,行方向是地元的干涉条纹,由干涉的性质可知,干涉条纹是关于零光程差对称分布的明暗相间的条纹,也就是说,关于零光程差对称的象素,相关性极强.另外,随着与零光程差的偏离,干涉条纹的明暗变化越来越弱,相邻象素的相关性也越来越强.图2为干涉图像中一行干涉条纹的光强度分布.图2干涉条纹的相关性Fig.2Therelativityofinterferogram干涉图像的列方向表示的是一个光谱频率上的空间信息,由于相邻地元的相似性,列方向具有空间相关性.因此
8、可以通过去除相关性达到数据压缩的目的.另外,对于一帧干涉图像来说,图像中每个点对光谱复原的贡献并不是同样大的.在零光程差附近的采样点,因为其携带的信息丰富,幅值较大,并且要用来做相位修正,因此贡献较大;而光程差较大的部分属于高频信息,
