基于冗余字典的高光谱遥感图像压缩算法的研究与实现

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1、中文图书分类号：TP391密级：公开UDC：004学校代码：10005工程硕士学位论文M.E.DISSERTATION论文题目：基于冗余字典的高光谱遥感图像压缩算法的研究与实现论文作者：王博领域：软件工程指导教师：王素玉副教授论文提交日期:2016年6月UDC：004学校代码：10005中文图书分类号：TP391学号：S201325047密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：基于冗余字典的高光谱遥感图像压缩算法的研究与实现英文题目：RESEARCHANDIMPLEMENTATIO

2、NOF：HYPERSPECTRALREMOTESENSINGIMAGECOMPRESSIONALGORITHMBASEDONREDUNDANTDICTIONARY论文作者：王博：领域：软件工程：研究方向：嵌入式软件与系统：申请学位：工程硕士专业：学位指导教师：王素玉：副教授所在单位：软件学院：答辩日期：2016：年6月授予学位单位：北京工业大学：独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表

3、或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：王博日期：2016年6月3日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：王博日期：2016年6月3日导师签名：王素玉日期：2

4、016年6月3日摘要摘要高光谱遥感技术利用成像光谱仪器，能够获得高空间分辨率和高光谱分辨率的图像，在国家发展中发挥着越来越大的作用。然而，高光谱图像庞大的数据量信息，使其在存储和传输中产生了很大不便，同时也对高光谱图像技术的应用和推广研究带来了困难，限制了了高光谱成像技术的进一步发展。而通过提高硬件条件解决问题，则要付出高昂的代价。因此，通过数学和数字信号处理相结合的方法，寻求一种高光谱图像的高效压缩方法，来提升高光谱遥感图像的压缩和存储效率，意义重大。在此背景下，本文针对高光谱图像的特点和压缩

5、应用的实际需求，开展了基于冗余字典的高光谱图像压缩编码技术的研究工作，主要工作内容有以下几方面：（1）针对高光谱图像的特点，实现了基于光谱维的高光谱图像冗余字典训练和稀疏分解。通过设计一个最优的冗余字典，可以达到用字典中代表性的原子线性表示高光谱图像像元的目的。研究中采用的字典训练方法是K-SVD算法，通过此算法对高光谱图像进行训练，获得冗余字典。对实验图像复原效果进行对比分析表明，该算法得到的冗余字典能有效的对高光谱图像进行稀疏表示。（2）设计并实现了一种基于冗余字典的高光谱图像压缩算法。结合稀

6、疏分解原理和数据特征，设计了基于冗余字典的高光谱图像压缩算法。高光谱图像通过稀疏分解，会得到一个冗余字典和相对应的稀疏分解系数，对系数进行压缩，即可达到压缩高光谱图像的目的。对系数采用量化和JPEG-LS的方法进行压缩，能够在较好复原图像信息的同时，得到较高的压缩比。（3）针对高光谱图像光谱维度方面的特点，设计并实现了基于PCA降维和冗余字典相结合的高光谱图像压缩算法。基于上述算法的实验结果及分析，在高光谱图像进行稀疏分解之前进行预处理，采用主成分分析的方法，对图像中的噪声和次要信息进行去除处理，

7、从而达到保留图像主要信息的目的，再通过冗余字典的方法进行稀疏分解和压缩。实验结果与对比算法比较，在同等压缩比的情况下，该算法的PSNR值比JPEG2000提高1.2dB左右。关键词：图像压缩；高光谱图像；稀疏分解；冗余字典；IAbstractAbstractHyperspectralremotesensingtechnologycanobtaintheimageofhighspatialresolutionandhighspectralresolutionbyusingimagingspectro

8、meter,whichisplayinganimportantroleinnationaldevelopment.However,thehugeamountofdataofhyperspectralimagehasbroughttremendouspressuretothedatastorageandtransmission,whichrestricttheapplicationanddevelopmentofhyperspectralimagingtechnologyseriou