一种深空探测图像分段保护下的感兴趣区域传输方法

摘要

本发明一种深空探测图像分段保护下的感兴趣区域传输方法，该方法首先下传深空探测器拍摄图像的缩略图，然后地面根据缩略图选取感兴趣区域，再利用各分段各位面独立编码形成的码流包，将感兴趣区域所涉及的段的位面优先级提高，渐进式传输时使用“插队”的方式进行优先传输。地球在接收时，传输少量数据时即可首先获得高质量的感兴趣区域图像，而不感兴趣的背景区域则无需传输或后续传输，减少传输数据量。

说明书

技术领域

本发明属于深空通信及图像压缩传输技术领域，涉及一种深空探测图像分段 保护下的感兴趣区域传输方法。

背景技术

图像信息中含有相当多的时间和空间冗余，导致了图像信息的数据量非常 大。而深空探测器到地球的通信链路带宽受到大大限制，在深空数据源端对图 像进行在轨压缩无疑是节省发射能量、提高信息回传效率的必由之路。如何尽 量减少传输数据量，同时保证获得更多的关键信息成为深空探测图像传输继续 解决的问题。目前的感兴趣区域图像压缩算法均需要在压缩前指定感兴趣区域， 在压缩完成后就不能再制定感兴趣区域，如果需要调整优先级则需要再次压缩 编码，导致图像传输应用的灵活性受限。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种深空探测图像分段 保护下的感兴趣区域传输方法，从深空探测器到地球的通信链路带宽受到极大 限制，误码率较高的情况下，如何尽量减少传输数据量，同时保证可靠地获得 更多的关键和感兴趣区域信息。

本发明的技术方案是：一种深空探测图像分段保护下的感兴趣区域传输方 法，步骤如下：

1)获取缩略图

深空探测器搭载相机获取尺寸为M行×N列像素的图像A，像素行、列坐 标范围分别为0～(M-1)和0～(N-1)；对获取的图像A进行行1:16、列1:16 下采样，像素幅度值进行均匀量化，量化阶为16，获得缩略图像数据Thumb， 并下传地面；其中M、N均为正整数；

2)关键感兴趣区域的指定

地面接收缩略图像数据Thumb后，指定矩形感兴趣区域，将图像数据

Thumb按照尺寸均分为C×R个图像分段,其中C∈[1，15]，R∈[1，15]，并 将指定感兴趣矩形区域所覆盖到的所有图像分段记为集合ROI_SEC；

3)分段保护的段标记

将步骤1)获取的图像A也均分为C×R个图像分段，并将该图像分段映 射到小波域的分段；一个空间域图像分段对应小波域共3L+1个小波子带段，L 为小波变换的级数；当图像尺寸不是2^L×C×2^L×R整数倍时，对空间域图像 进行填充扩展处理到2^L×C×2^L×R的整数倍，填充值为0；

4)分段位面编码

将步骤1)获取的图像A进行L级小波变换，小波系数的位宽深度为D， 则所有小波系数的同一bit位组成一个单bit数据矩阵称为一个位面；采用位平 面编码算法对每个位面中的每个小波域分段进行编码，小波域分段由步骤3) 所获得；每个分段的每个位面数据统一编码组成一个分段位面码流包；编码形 成C×R×D个分段位面码流包，默认模式下传输码流的顺序为从最高位面向 最低位面渐进传输；

5)分段位面码流的插队

根据由步骤2)得到的矩形区域坐标映射到所覆盖的感兴趣图像分段集合 ROI_SEC，在传输过程中调整下传优先级，将感兴趣图像分段集合ROI_SEC 内的分段位面码流包提高优先级下传，感兴趣图像分段集合ROI_SEC内分段 位面码流包下传完成后，再继续按照位面从高到低的默认顺序下传剩余分段位 面码流包。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提出了深空探测图像分段保护 下的感兴趣区域传输方法，利用分段保护段的位面独立编码形成的码流重新排 序的方法，将感兴趣区域所涉及的段的位面优先级提高，渐进式传输时用“插 队”的方式进行优先传输，使得地球在接收时，传输少量数据时即可首先获得 高质量的感兴趣区域图像，而不感兴趣的背景区域则无需传输或后续传输，解 决了传统感兴趣编码算法在压缩后无法再指定或调整感兴趣区域的问题，实现 了在完成图像压缩编码后，还能在传输前或者在传输过程中指定感兴趣区域的 功能。

附图说明

图1为空间域图像进行分段的示例；

图2为小波域图像系数分段示例；

图3为普通模式下编码码流组织顺序；

图4为感兴趣区域选定所属分段；

图5为交互式传输模式下，感兴趣区域分段位面码流包优先下行示例。

具体实施方式

深空探测图像分段保护下的感兴趣区域传输方法，用于深空探测的深空探测 器图像高效可靠的感兴趣区域传输。利用分段保护段的位面独立编码形成的码 流重新排序的方法，将感兴趣区域所涉及的段的位面优先级提高，渐进式传输 时用“插队”的方式进行优先传输，使得地球在接收时，传输少量数据时即可 首先获得高质量的感兴趣区域图像，而不感兴趣的背景区域则无需传输或后续 传输。

本发明的实现方法主要分为四个步骤：

步骤一、获得深空探测器图像缩略图

深空探测器搭载相机获取尺寸为M行×N列像素的图像A，像素行、列坐 标范围分别为0～(M-1)和0～(N-1)；对获取的图像A进行行1:16、列1:16 下采样，像素幅度值进行均匀量化，量化阶为16，获得缩略图像数据Thumb， 并下传地面；其中M、N均为正整数；

步骤二、指定感兴趣区域

地面接收缩略图像数据Thumb后，指定矩形感兴趣区域，将图像数据 Thumb按照尺寸均分为C×R个图像分段,其中C∈[1，15]，R∈[1，15]，并 将指定感兴趣矩形区域所覆盖到的所有图像分段记为集合ROI_SEC；

步骤三、分段保护的段标记

为适应深空探测信道可能存在传输误码，减少误码扩散影响，本算法支持 对图像的分段保护功能。

将步骤1)获取的图像A也均分为C×R个图像分段，如图1中将图像在 空间域均匀分为2×2个分段，并将该空间域分段映射到小波域的分段；一个 空间域图像分段对应小波域共3L+1个小波子带段，L为小波变换的级数；如图 2中对于三级小波变换，空间域的图1中第1个分段转换到小波域阴影部分表 示的共10个子带中的分段；为了在小波变换后仍然能够实现均匀分段，当图 像尺寸不是(2^L×C)×(2^L×R)整数倍时，对空间域图像进行填充扩展处理 到2^L×C×2^L×R的整数倍，填充值为0；

步骤四、分段位面编码

将步骤1)获取的图像A进行L级小波变换，小波系数的位宽深度为D， 那么所有小波系数的同一bit位组成一个单bit数据矩阵称为一个位面，然后采 用位平面编码算法对每个位面中的每个小波域分段进行编码，小波域分段由步 骤3所获得，每个分段的每个位面数据统一编码组成一个分段位面码流包；编 码形成编码后的C×R×D个分段位面码流包，附图3中给出了小波系数位宽 深度D为22，C×R＝4个分段编码生成共22×4＝88个位面段的码流。默认模 式下传输码流的顺序为从最高位面向最低位面渐进传输。附图3中 BP1_Seg1_PK表示最高第1位面的第1个分段编码形成的码流包。

步骤五、分段位面码流的插队

由步骤4)所获得的编码后的C×R×D个分段位面码流包，D为小波系数 的位宽深度，如附图4所示，根据由步骤2)得到的矩形区域坐标映射到所覆盖 的感兴趣图像分段集合ROI_SEC包括了SEG(0,0)、SEG(0,1)、SEG(1,0)、 SEG(1,1)共四个分段，在传输过程中调整这些分段的下传优先级，如附图5 所示，将感兴趣图像分段集合ROI_SEC内的分段位面码流包提高优先级下传， 感兴趣图像分段集合ROI_SEC内分段位面码流包下传完成后，再继续按照位 面从高到低的默认顺序下传剩余分段位面码流包。

综上，利用分段位面独立编码形成的码流重新排序的方法，将感兴趣区域 所涉及的段的位面优先级提高，渐进式传输时用“插队”的方式进行优先传输， 使得地球在接收时，传输少量数据时即可首先获得高质量的感兴趣区域图像， 而不感兴趣的背景区域则无需传输或后续传输。