本發(fā)明涉及光學(xué)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域，適用于配置光學(xué)載荷并實(shí)現(xiàn)星載壓縮功能的衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)遙感衛(wèi)星降交點(diǎn)地方時(shí)不同，太陽高度角不同，會(huì)帶來地物受太陽光照條件不同，地物反射不同，星載光學(xué)探測器拍攝光照強(qiáng)度使得成像數(shù)據(jù)特性會(huì)有所不同。成像時(shí)刻受照條件差的載荷成像任務(wù)所獲取的星載原始圖像數(shù)據(jù)，圖像dn值分布集中，動(dòng)態(tài)范圍很窄且熵值很小，不利于星上壓縮算法中小波量化編碼處理。

2、以10bit為例，當(dāng)圖像大于80％像素的dn值動(dòng)態(tài)范圍在300以內(nèi)時(shí)，會(huì)引起星上壓縮算法中小波量化編碼性能下降，導(dǎo)致地面解壓縮恢復(fù)圖像質(zhì)量不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在軌動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，大大降低小波系數(shù)幅值，減少需要編碼的平面數(shù)，并且預(yù)處理后的數(shù)據(jù)分布更有利于熵編碼，進(jìn)一步提升壓縮性能。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，包括：

3、星上壓縮前，對載荷原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空域預(yù)處理；

4、對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行星上壓縮處理，得到壓縮碼流數(shù)據(jù)并下傳；

5、地面接收到星上下傳的壓縮碼流數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解壓縮以及后處理，得到最終解壓縮恢復(fù)后的圖像。

6、所述空域預(yù)處理，包括：通過自適應(yīng)電平移位，將載荷原始圖像dn值整體分布搬移到對應(yīng)量化位數(shù)dn值范圍中心，從而改變載荷原始圖像dn值分布特性，得到預(yù)處理后的圖像。

7、所述通過自適應(yīng)電平移位，將載荷原始圖像dn值整體分布搬移到對應(yīng)量化位數(shù)dn值范圍中心，包括：根據(jù)通過外部指令獲取的圖像量化位數(shù)參數(shù)，及預(yù)先設(shè)定的圖像壓縮分塊大小，對載荷原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，對緩存后載荷原始圖像數(shù)據(jù)按像元dn值求和，除以像元數(shù)量，計(jì)算得出載荷原始圖像塊的dn值均值；根據(jù)圖像量化位數(shù)和載荷原始圖像塊的dn值均值計(jì)算得出電平移位值，將載荷原始圖像塊的dn值加上電平移位值進(jìn)行移位后，得到預(yù)處理后的圖像塊。

8、自適應(yīng)電平移位指，對每一幅圖像根據(jù)載荷量化位數(shù)自適應(yīng)地確定其電平移位值，然后對整圖進(jìn)行相應(yīng)的電平移位，改變星載原始圖像數(shù)據(jù)特性后，對移位后圖像采用星上原始?jí)嚎s方法進(jìn)行壓縮。

9、所述對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行星上壓縮處理，得到壓縮碼流數(shù)據(jù)，包括：將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，產(chǎn)生初始?jí)嚎s碼流數(shù)據(jù)；在得到的初始?jí)嚎s碼流幀頭格式約定的位置中，插入電平移位值，得到最終的壓縮碼流數(shù)據(jù)。

10、所述地面接收到星上下傳的壓縮碼流數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解壓縮以及后處理，包括：對壓縮碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，得到解壓縮后圖像；從初始?jí)嚎s碼流幀頭格式約定的位置中，提取電平移位值，將解壓縮后圖像的dn值減去電平移位值，得到最終解壓縮恢復(fù)后的圖像。

11、當(dāng)將解壓縮后圖像的dn值減去電平移位值時(shí)，若計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)數(shù)，將計(jì)算結(jié)果的dn值鉗位到0后，得到最終解壓縮恢復(fù)后的圖像。

12、所述低灰度指該圖像的dn值范圍小于255。

13、所述窄動(dòng)態(tài)范圍指，壓縮分塊范圍內(nèi)圖像dn值的差值范圍在100-200之間。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

15、1、降低光學(xué)載荷衛(wèi)星在軌因降交點(diǎn)地方時(shí)，成像時(shí)刻受光照條件影響對載荷原始圖像數(shù)據(jù)分布特性的影響，提升壓縮算法小波量化編碼處理性能；

16、2、圖像預(yù)處理過程操作簡單靈活，不額外增加衛(wèi)星配置資源，通過已配置星載硬件資源內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖像空域預(yù)處理；

17、3、不用改變原有壓縮算法和協(xié)議格式，適配性強(qiáng)。僅需在地面完成，計(jì)算復(fù)雜度低；

18、4、自適應(yīng)電平移位預(yù)處理算法靈活，可適應(yīng)原始?jí)嚎s方法、均值自適應(yīng)電平移位法、中值自適應(yīng)電平移位法、分塊均值自適應(yīng)電平移位、固定電平移位法。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能柔性化擴(kuò)展。

技術(shù)特征：

1.一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：所述空域預(yù)處理，包括：通過自適應(yīng)電平移位，將載荷原始圖像dn值整體分布搬移到對應(yīng)量化位數(shù)dn值范圍中心，從而改變載荷原始圖像dn值分布特性，得到預(yù)處理后的圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：所述通過自適應(yīng)電平移位，將載荷原始圖像dn值整體分布搬移到對應(yīng)量化位數(shù)dn值范圍中心，包括：根據(jù)通過外部指令獲取的圖像量化位數(shù)參數(shù)，及預(yù)先設(shè)定的圖像壓縮分塊大小，對載荷原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，對緩存后載荷原始圖像數(shù)據(jù)按像元dn值求和，除以像元數(shù)量，計(jì)算得出載荷原始圖像塊的dn值均值；根據(jù)圖像量化位數(shù)和載荷原始圖像塊的dn值均值計(jì)算得出電平移位值，將載荷原始圖像塊的dn值加上電平移位值進(jìn)行移位后，得到預(yù)處理后的圖像塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：自適應(yīng)電平移位指，對每一幅圖像根據(jù)載荷量化位數(shù)自適應(yīng)地確定其電平移位值，然后對整圖進(jìn)行相應(yīng)的電平移位，改變星載原始圖像數(shù)據(jù)特性后，對移位后圖像采用星上原始?jí)嚎s方法進(jìn)行壓縮。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：所述對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行星上壓縮處理，得到壓縮碼流數(shù)據(jù)，包括：將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，產(chǎn)生初始?jí)嚎s碼流數(shù)據(jù)；在得到的初始?jí)嚎s碼流幀頭格式約定的位置中，插入電平移位值，得到最終的壓縮碼流數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：所述地面接收到星上下傳的壓縮碼流數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解壓縮以及后處理，包括：對壓縮碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，得到解壓縮后圖像；從初始?jí)嚎s碼流幀頭格式約定的位置中，提取電平移位值，將解壓縮后圖像的dn值減去電平移位值，得到最終解壓縮恢復(fù)后的圖像。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：當(dāng)將解壓縮后圖像的dn值減去電平移位值時(shí)，若計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)數(shù)，將計(jì)算結(jié)果的dn值鉗位到0后，得到最終解壓縮恢復(fù)后的圖像。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：所述低灰度指該圖像的dn值范圍小于255。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，其特征在于：所述窄動(dòng)態(tài)范圍指，壓縮分塊范圍內(nèi)圖像dn值的差值范圍在100-200之間。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明針對遙感光學(xué)衛(wèi)星在軌載荷成像任務(wù)時(shí)，成像時(shí)刻太陽光照條件差造成載荷原始圖像灰度值DN值整體偏低、且動(dòng)態(tài)范圍小熵值小的特性，提供一種光學(xué)衛(wèi)星載荷低灰度窄動(dòng)態(tài)范圍成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償方法，包括：星上壓縮前，對載荷原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空域預(yù)處理；對預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行星上壓縮處理，得到壓縮碼流數(shù)據(jù)并下傳；地面接收到星上下傳的壓縮碼流數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解壓縮以及后處理，得到最終解壓縮恢復(fù)后的圖像。本發(fā)明通過在星上圖像壓縮處理之前增加自適應(yīng)電平移位預(yù)處理算法，對載荷原始成像數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，自適應(yīng)提高圖像灰度值，使得載荷圖像特性更加有利壓縮算法中小波量化編碼處理，進(jìn)一步提升壓縮性能。

技術(shù)研發(fā)人員：趙妍,鄭小松,韓宇,雷洋飛,李永峰,閻昆,王云龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安空間無線電技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10