【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于圖像處理，涉及一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、衛(wèi)星光學(xué)遙感圖像包含豐富的物理信息，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。衛(wèi)星光學(xué)遙感圖像可以提供精準(zhǔn)的空間信息，幫助決策者制定有效的應(yīng)對(duì)策略，提高資源利用效率并減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，隨著衛(wèi)星光學(xué)遙感技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，光學(xué)遙感衛(wèi)星能夠以高分辨率和高頻率持續(xù)觀測(cè)地表，遙感圖像的空間分辨率從米級(jí)向亞米級(jí)不斷提高，使得光學(xué)遙感圖像數(shù)據(jù)的像元規(guī)模呈現(xiàn)出爆發(fā)性的增長(zhǎng)。然而，由于衛(wèi)星存在載荷空間、數(shù)據(jù)傳輸帶寬及能耗等多方面限制，采集到的高分辨率圖像數(shù)據(jù)必然會(huì)增加星載數(shù)據(jù)記錄器的存儲(chǔ)壓力以及下傳數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸壓力，有限的傳輸帶寬難以滿足龐大數(shù)據(jù)量的傳輸需求，星上的海量遙感圖像利用效率受到極大限制，數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值被大大降低，特別是在需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持的應(yīng)用場(chǎng)景。這對(duì)星上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、星上數(shù)據(jù)智能實(shí)時(shí)處理、星地/星間數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
2、光學(xué)遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)量是非常大的，具體數(shù)值因衛(wèi)星的分辨率、成像頻率、覆蓋地域等多個(gè)因素而不同。這些衛(wèi)星能夠以高分辨率和高頻率持續(xù)觀測(cè)地表，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，可以達(dá)到tb級(jí)別甚至pb級(jí)別。例如，美國(guó)商用地球觀測(cè)衛(wèi)星worldview-3的數(shù)據(jù)獲取量約為1.2tb每天。中國(guó)的高分二號(hào)衛(wèi)星每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超過(guò)1000gb。
3、高分辨率的光學(xué)遙感圖像數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著大量的細(xì)節(jié)和信息，單張圖片文件大小可能高達(dá)數(shù)千兆字節(jié)(gb)。然而，目前現(xiàn)有的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率一般僅在幾百mbps到幾千mbps之間。以美國(guó)的goes-r系列
4、另外，對(duì)于異步衛(wèi)星，只有在衛(wèi)星進(jìn)入地面接收站的可視范圍時(shí)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的向下傳輸，因此需要在衛(wèi)星轉(zhuǎn)到地球不可見(jiàn)面(視線之外)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，回到地面接收站可視范圍時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。采集到的高分辨率圖像數(shù)據(jù)必然會(huì)增加星載數(shù)據(jù)記錄器的存儲(chǔ)壓力以及下傳數(shù)據(jù)時(shí)的傳輸壓力。
5、上述情況會(huì)導(dǎo)致一系列的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，例如數(shù)據(jù)傳輸速度緩慢、傳輸延遲增加，甚至在網(wǎng)絡(luò)擁塞情況下可能無(wú)法完成傳輸。這對(duì)數(shù)據(jù)分析處理的實(shí)時(shí)性和及時(shí)性造成了影響，尤其是在緊急情況下，可能會(huì)導(dǎo)致信息的滯后。而無(wú)論在科學(xué)研究領(lǐng)域還是商業(yè)應(yīng)用中，迅速獲取和傳輸遙感圖像數(shù)據(jù)對(duì)于決策制定和資源管理至關(guān)重要。以上存在的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，會(huì)使數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值被大大降低，特別是在需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持的領(lǐng)域，例如在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，如地震、風(fēng)暴、洪水等，衛(wèi)星圖像能夠提供災(zāi)情評(píng)估和災(zāi)區(qū)情況的實(shí)時(shí)更新。如果圖像無(wú)法及時(shí)傳輸回地面指揮中心，救援人員和決策者將無(wú)法迅速獲得災(zāi)情信息，影響應(yīng)急救援和資源分配的準(zhǔn)確性與時(shí)效性。
6、天基圖像壓縮算法主要分為兩大類：無(wú)損和有損。無(wú)損壓縮可以保持原始圖像的完美重建而不會(huì)丟失任何信息，然而，無(wú)損壓縮通常實(shí)現(xiàn)較低的壓縮比，這使得它不足以處理衛(wèi)星的傳輸帶寬和存儲(chǔ)限制。相比之下，有損壓縮通過(guò)可控范圍內(nèi)的信息丟失而提供明顯更高的壓縮比，但是這種優(yōu)勢(shì)是以增加計(jì)算需求為代價(jià)。傳統(tǒng)的有損圖像壓縮需要在壓縮之前對(duì)圖像進(jìn)行完整的采集，從而影響了系統(tǒng)的整體效率。與nyquist-shannon采樣定理的要求相比，基于壓縮感知(compressed?sensing,cs)的理論為星上大尺度圖像壓縮提供新思路，cs利用信號(hào)固有的稀疏性，能夠從更少的樣本中進(jìn)行重建，塊壓縮感知(bcs)已經(jīng)成為同時(shí)采樣和壓縮的強(qiáng)大框架，消除了獲取完整圖像的需要。bcs需要使用傳感矩陣獲取信號(hào)的壓縮測(cè)量值，包括將信號(hào)(或其塊)乘以傳感矩陣以獲得壓縮測(cè)量值。雖然bcs的引入降低了信號(hào)處理成本，但其編碼過(guò)程仍然需要額外的運(yùn)算，如矩陣乘法或卷積，消耗星上載荷計(jì)算資源。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，在不增加額外計(jì)算、存儲(chǔ)消耗的前提下，解決天基遙感成像系統(tǒng)面臨的對(duì)大視場(chǎng)高分辨率成像問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信息下傳與利用的時(shí)效性，提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，為有效降低探測(cè)器的尺寸、降低傳輸數(shù)據(jù)量提供解決思路。
2、本專利技術(shù)解決技術(shù)的方案是：
3、一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，包括n個(gè)光路、傳感器、存儲(chǔ)傳輸模塊和解碼系統(tǒng)；
4、地物反射的大視場(chǎng)圖片等分成n個(gè)信息塊，每個(gè)信息塊傳輸至對(duì)應(yīng)的1個(gè)光路中；每個(gè)信息塊在對(duì)應(yīng)光路中依次進(jìn)行第一次光線調(diào)整、編碼、第二次光線調(diào)整后，進(jìn)入傳感器；傳感器接收n個(gè)編碼后的信息塊，將n個(gè)編碼后的信息塊轉(zhuǎn)換為n個(gè)電信號(hào)，并將n個(gè)電信號(hào)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)傳輸模塊；存儲(chǔ)傳輸模塊將n個(gè)電信號(hào)發(fā)送至解碼系統(tǒng)；解碼系統(tǒng)對(duì)n個(gè)電信號(hào)行解碼恢復(fù)，獲得每一塊圖片信息，拼接后得到大視場(chǎng)圖片，并將大視場(chǎng)圖片發(fā)送至下游終端；n為不小于3的正整數(shù)。
5、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，每個(gè)光路包括透鏡、光學(xué)編碼器件和中繼鏡頭；
6、透鏡：接收地物反射的大視場(chǎng)的圖片對(duì)應(yīng)的信息塊；對(duì)對(duì)應(yīng)的信息塊進(jìn)行第一次光線調(diào)整，將對(duì)應(yīng)的信息塊光線轉(zhuǎn)換為水平方向，并傳輸至對(duì)應(yīng)的光學(xué)編碼器件；
7、光學(xué)編碼器件：接收透鏡傳來(lái)的信息塊，對(duì)信息塊進(jìn)行編碼處理，生成編碼后的信息塊；并將編碼后的信息塊發(fā)送至中繼鏡頭；
8、中繼鏡頭：接收光學(xué)編碼器件傳來(lái)的編碼后的信息塊，對(duì)編碼后的信息塊進(jìn)行第二次光線調(diào)整；將編碼后的信息塊的水平方向轉(zhuǎn)換為指向傳感器方向。
9、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述n為大視場(chǎng)圖片的壓縮率；根據(jù)下游任務(wù)需求設(shè)定。
10、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述光學(xué)編碼器件根據(jù)預(yù)設(shè)的編碼圖樣對(duì)信息塊進(jìn)行編碼。
11、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述信息塊為將地物反射的大視場(chǎng)圖片分割n等份后的光場(chǎng)信息；傳感器將n個(gè)編碼后的光場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行讀出操作。
12、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述傳感器所占空間尺寸根據(jù)壓縮率縮小為原尺寸的實(shí)現(xiàn)傳感器所占空間尺寸需求及后端的信息處理和存儲(chǔ)壓力有效降低。
13、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述存儲(chǔ)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)n個(gè)電信號(hào)的存儲(chǔ)和分發(fā)，當(dāng)下游終端發(fā)送獲取大視場(chǎng)圖片請(qǐng)求后，存儲(chǔ)傳輸模塊將n個(gè)電信號(hào)發(fā)送至解碼系統(tǒng)。
14、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述透鏡實(shí)現(xiàn)將對(duì)應(yīng)入射角度的信息塊轉(zhuǎn)換為水平方向；所述中繼鏡頭為透鏡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平方向進(jìn)行偏折，將n個(gè)編碼后的信息塊匯聚至傳感器。
15、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述解碼系統(tǒng)的解碼算法由預(yù)設(shè)的編碼圖樣訓(xùn)練獲得。
16、在上述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，所述解碼系統(tǒng)的訓(xùn)練過(guò)程為：
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：包括n個(gè)光路、傳感器、存儲(chǔ)傳輸模塊和解碼系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：每個(gè)光路包括透鏡、光學(xué)編碼器件和中繼鏡頭；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述n為大視場(chǎng)圖片的壓縮率；根據(jù)下游任務(wù)需求設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述光學(xué)編碼器件根據(jù)預(yù)設(shè)的編碼圖樣對(duì)信息塊進(jìn)行編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述信息塊為將地物反射的大視場(chǎng)圖片分割n等份后的光場(chǎng)信息；傳感器將n個(gè)編碼后的光場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行讀出操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述傳感器所占空間尺寸根據(jù)壓縮率縮小為原尺寸的實(shí)現(xiàn)傳感器所占空間尺寸需求及后端的信息處理和存儲(chǔ)壓力有效降低。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述透鏡實(shí)現(xiàn)將對(duì)應(yīng)入射角度的信息塊轉(zhuǎn)換為水平方向；所述中繼鏡頭為透鏡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平方向進(jìn)行偏折，將n個(gè)編碼后的信息塊匯聚至傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述解碼系統(tǒng)的解碼算法由預(yù)設(shè)的編碼圖樣訓(xùn)練獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述解碼系統(tǒng)的訓(xùn)練過(guò)程為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：包括n個(gè)光路、傳感器、存儲(chǔ)傳輸模塊和解碼系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：每個(gè)光路包括透鏡、光學(xué)編碼器件和中繼鏡頭；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述n為大視場(chǎng)圖片的壓縮率；根據(jù)下游任務(wù)需求設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述光學(xué)編碼器件根據(jù)預(yù)設(shè)的編碼圖樣對(duì)信息塊進(jìn)行編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在于：所述信息塊為將地物反射的大視場(chǎng)圖片分割n等份后的光場(chǎng)信息；傳感器將n個(gè)編碼后的光場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行讀出操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天基遙感大視場(chǎng)圖像的感前壓縮系統(tǒng)，其特征在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李維，蔡滟馨，劉勛，阮寧娟，孫德偉，李強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京空間機(jī)電研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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