阅读说明：本技术 一种空间外差干涉光谱仪图像压缩方法 (Image compression method of spatial heterodyne interference spectrometer ) 是由 叶松 李炤林 汪杰君 李树 王新强 王方原 张文涛 陈妮艳 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明书公开一种空间外差干涉光谱仪图像压缩方法。其通过：1空间外差干涉光谱仪产生干涉图,将干涉图的数据传送到数据压缩模块；2对干涉图进行分割；3将零光程差附近信息量较大的干涉图信号分离出来,直接下传；4将光程差较大的干涉图信号,送至压缩模块,对压缩后的干涉图信号进行解压缩；5将其与直接下传的干涉图信号重新合并,重构成完整的干涉图；6最后进行光谱复原。本发明解决了背景技术中压缩干涉图失真较大,无法复原出真实光谱的技术问题。本发明运算速度快；压缩解压缩后的失真度小,效果佳；工作的可靠性大大提高。(The invention discloses an image compression method of a spatial heterodyne interference spectrometer. Which comprises the following steps: 1, a spatial heterodyne interference spectrometer generates an interference pattern, and data of the interference pattern is transmitted to a data compression module; 2, segmenting the interference pattern; 3, separating the interference pattern signal with large information amount near the zero optical path difference and directly downloading the signal; 4, sending the interference pattern signal with larger optical path difference to a compression module, and decompressing the compressed interference pattern signal; 5, recombining the interference pattern signal with the directly downloaded interference pattern signal to reconstruct a complete interference pattern; 6 finally, spectrum recovery is carried out. The invention solves the technical problems that the compressed interference pattern has larger distortion and can not recover the real spectrum in the background technology. The invention has fast operation speed; the distortion degree after compression and decompression is small, and the effect is good; the reliability of the operation is greatly improved.)

一种空间外差干涉光谱仪图像压缩方法

(一)

技术领域

本发明涉及的是一种空间外差干涉光谱仪图像压缩方法，属于光学遥感成像技术领域。

(二)

背景技术

空间外差干涉成像光谱仪由于加入了分束器，从而使相面上得到的不再是目标的直接图像，而是目标的“干涉图像”。依靠对目标的推扫，形成一系列干涉多光谱图像。根据傅里叶变换光谱学的原理，干涉图与光源的光谱分布之间存在傅里叶变换关系。空间外差干涉成像光谱仪产生的数据量非常大，也包含着大量的冗余信息，因此对数据的压缩需求更高。空间外差干涉成像光谱仪产生的是干涉图数据，不同于普通图像数据，干涉图数据作为中间结果，必须经过傅里叶变化等一系列处理复原后才能得到光谱图像序列。干涉图在压缩后，会有一定的失真，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。而采用普通图像压缩方法对干涉图进行压缩会造成较大的失真。

JPEG200标准是新代静止图像压缩标准是由联合图像专家小组(JointPhotographic Experts Group,JPEG)提出的。与JPEG相比，JPEG2000在质量，分辨率,空间分量具有可伸缩性；以离散小波变换(Discrete Wavelet Transfrom,DWT)取代了离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT),在低码率传输时不会产生块效应；第二代小波压缩(Region of interest,ROI)编码技术可以对有效内容进行优先精准编码；优化截断嵌入块编码(Embedded Block Coding with Optimized Truncation，EBCOT)是实现渐进性传输和任意截断编码的关键技术。

(三)

发明内容

本发明的目的是提供一种空间外差干涉光谱仪图像压缩方法，解决了背景技术中干涉图大量数据冗余，压缩干涉图失真较大，无法复原出真实光谱的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空间外差干涉光谱仪图像压缩方法，包括：

1通过空间外差干涉光谱仪产生干涉图，将干涉图的数据传送到数据压缩模块；

2对干涉图进行分割，分割为零光程差附近信息量较大的干涉图信号和光程差较大的干涉图信号；

3将零光程差附近信息量较大的干涉图信号分离出来，保持不动，直接下传；

4将光程差大的干涉图信号，送至压缩模块进行压缩，然后下传；

5干涉图重构；对压缩后下传的干涉图信号进行解压缩，将其与直接下传的干涉图信号重新合并，重构成完整的干涉图；

6光谱复原：将重构后的干涉图进行傅里叶变换等一些列操作处理，完成光谱复原。

本发明具有的优点是：

1.本发明是压缩方法是根据空间外差干涉仪采集的干涉图的特点提出的，原理明确，运算过程简单；

2.运算速度快；

3.在硬件方面实现的难度很小；

4.压缩解压缩后的干涉图失真度小，效果佳；

5.大量使用现在已有集成技术，工作上的可靠性大大提高。

(四)

附图说明

附图1为本发明的流程图；

附图2(a)为本发明通过ROI算法压缩后的干涉图；附图2(b)为本发明没用使用ROI算法进行压缩的干涉图；

附图3(a)为本发明使用ROI算法压缩前与压缩后干涉图的峰值信噪比的数据图，图3(b)为本发明压缩前与压缩后的干涉图的压缩比的数据图。

(五)

具体实施方式

参见附图。本发明是针对空间外差干涉成像光谱仪图像数据的一种压缩方法，其失真度指标已经峰值信噪比的指标均能满足指标要求。流程如下：

1.通过空间外差干涉成像光谱仪产生干涉图，由一起产生干涉图数据传送到数据压缩模块1；

2.对干涉图进行分割；

3.根据干涉图的性质，将零光程差附近信息量较大的干涉图信号分离出来，保持不动，直接下传；

4.对光程差较大的干涉图信号进行压缩：采用ROI算法进行压缩，亦可以采用对普通图像压缩的方法进行压缩，然后下传；

5.干涉图重构：对压缩后下传的干涉图信号进行解压缩，将其与直接下传的干涉图信号重新合并，重构成完整的干涉图；

6.光谱复原：将重构后的干涉图送入傅里叶等一系列数据处理系统，完成光谱复原。

失真度：要对所采用的方法给出质量评定标准，需要合理地估计光谱的最大允许误差。下面是一个质量评定标准，亦成为光谱相对均方根误差RQE(Relative spectralQuadratic Error)；

式中：为原始光谱；为经压缩后重建的光谱；为归一化频率λ为波长(单位μm)；f_e为采样频率。

经过分析，干涉图中的噪声主要是光子噪声，在可见光和近红外范围，其RQE相应的置信区间为2％～4％。因此，光子噪声的方差可以作为进行压缩时允许失真的参照。

峰值信噪比的定义：PSNR

式中：N1，N2分别为探测器的行数及列数，A为峰值，即如果采用12bit量化，峰值为4095；X为原始图像；Y为压缩解压后的图像。

空间外差干涉光谱仪采集到的干涉图，使用12bit量化的，若用8bit或10bit量化，也可以达到一定的压缩比。零光程差附近的采样点携带的信息丰富，幅值较大，并且要用来做相位修正，而光程差较大的部分属于高频信息，在经过一次差分滤波后，其幅值很小。因此，对幅值取整后，相当于采用了均匀量化器，可以用3bit进行量化，再用1bit记录其符号，这样就可以进行大幅度的压缩，达到压缩的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照具体的实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、结构部分均为公知技术。