WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В пятой главе выбирается наиболее подходящий алгоритм компрессии для применения в видео-телеметрическом датчике. Данная задача возникла в процессе разработки в НПО «Лептон» видео-телеметрического датчика, устанавливаемого на КА «Кондор» (разработчик КА – НПО «Машиностроение», г. Реутов). ВТД предназначен для наблюдения процессов, происходящих снаружи космического аппарата в условиях орбитального полёта при больших и малых освещённостях наблюдаемых объектов.

К алгоритму компрессии предъявляются следующие требования:

1) возможность напрямую задать постоянную степень сжатия, 2) высокая скорость выполнения компрессии, 3) работа с малым объемом памяти.

Кроме того, алгоритм сжатия должен обеспечивать хорошее качество восстановленного изображения при средней степени сжатия (4-6).

Проведен анализ наиболее известных алгоритмов компрессии. В качестве кандидатов для использования в ВТД рассмотрены алгоритмы: 1) Алгоритм JPEG, использующий дискретное косинусное преобразование, 2) алгоритм LIC, использующий вейвлет-преобразование, процедуру квантования вейвлеткоэффициентов и кодирование Хаффмана. Этот алгоритм используется в серийной микросхеме компрессии ADV601. 3) алгоритмы на основе вейвлетпреобразования и «вложенного кодирования» (embedded coding) «нулевых деревьев» (zerotrees) EZW и SPIHT. 4) алгоритм JPEG2000. 5) алгоритм SPECK, использующий вейвлет-преобразование и итеративное деление на блоки. Он тоже использует «вложенное кодирование».

Показано, что в стандартном варианте ни один из рассматриваемых алгоритмов не удовлетворяет условиям поставленной задачи. Однако установлено, что алгоритм SPECK после незначительной модификации возможно применить в ВТД. Повышение быстродействия достигается путем отказа от механизма сортировки, при этом качество сжатия снижается незначительно.

Уменьшение объема вспомогательной памяти достигается путем отдельного кодирования 16 блоков вместо целого изображения (рис. 8). Такое разбиение возможно из-за того, что в SPIHT не используются межспектральные связи.

Рис. 4. Разбиение поля вейвлет-коэффициентов на 16 отдельных блоков.

В заключении диссертационной работы обсуждаются основные полученные результаты с точки зрения их соответствия поставленным целям и положениям, вынесенным на защиту.

В диссертационной работе получено новое решение актуальной научнотехнической задачи, связанной с повышением эффективности применения методов компрессии изображений для задач ДЗЗ. В ходе её решения основное внимание было уделено влиянию характеристик звеньев оптико-электронного тракта на эффективность применения методов компрессии. В ходе работы были получены следующие новые научные результаты:

1) Выбран и обоснован закон нелинейного переквантования цифровых видеоданных, сформированных линейным АЦП. Оптимальность выбора обосновывается минимизацией уровня суммарного шума оптико-электронного тракта. Данный метод компрессии позволяет значительно (в 1.5 раза) уменьшить объем передаваемых с борта КА наблюдения видеоданных. Проведена оценка степени ухудшения частного и агрегированного показателей качества изображений для выбранного закона. Априорные оценки, показали, что предложенный закон переквантования снижает частный показатель качества изображений (NE) не более чем на 5%. Ухудшение агрегированного показателя, отражающего информативность оптико-электронного тракта (линейного разрешения на местности) не более 0,8%.

Априорные оценки степени ухудшения качества изображений подтверждены результатами апостериорных оценок, полученных при проведении физического эксперимента.

Точность апостериорных оценок составляла не хуже 5% при надежности не ниже 0.8.

2) Предложен новый показатель, позволяющий априорно оценить уровень искажений первого рода, возникающих в бортовой части оптико-электронного тракта КА наблюдения из-за неидеальности параметров анализирующей дискретизации.

Используемый ранее показатель / применим только для оптикоэлектронного тракта с результирующей апертурной функцией Гауссового вида, что не всегда выполняется.

Новый показатель En универсален, имеет ясную физическую интерпретацию, вычислим для любого вида апертурной функции и позволяет повысить адекватность оценок уровня искажений первого рода в области низких значений (0.1—0.3) отношения раствора апертурной функции бортового оптического тракта к периоду дискретизации.

Получена зависимость уровня потенциальных искажений от показателя En, позволяющая разработчикам оптико-электронной аппаратуры осуществить рациональный выбор характеристик тракта.

Проведен эксперимент, с помощью которого показано, что при проектировании ОЭТ оптимальным является значение En = 0.98.

3) Предложена методика, позволяющая определить рациональную степень сжатия изображений с помощью устройств компрессии на основе алгоритма JPEG2000.

Показано, что рациональный коэффициент сжатия существенно зависит от показателя En, определяющего степень исходной коррелированности сжимаемых изображений.

Разработан метод формирования тестовых изображений, позволяющий выявить потенциальные (максимально возможные) искажения при заданной степени сжатия.

Предложены показатели (радиус корреляции и структурная функция) для оценки качества сжатых изображений. Выявлено, что данные показатели резко изменяются в определенной области коэффициентов компрессии. В области этого резкого изменения рекомендовано выбирать рациональный коэффициент сжатия.

Правильность такого выбора подтверждает проведенный в работе визуальный эксперимент. Установлена зависимость рационального коэффициента сжатия от предложенного показателя En. Так, например при En = 0.98 рациональный коэффициент сжатия составит К = 2.5…3.

Полученные результаты распространяются для изображений с аппаратным отношением сигнала к шуму более 3.

Выбранные показатели позволяют выявить механизм ухудшения качества изображения при различных уровнях компрессии. Так, при незначительных уровнях компрессии происходит изменение качества за счет добавления шумовой компоненты. Затем, при увеличении степени сжатия изменяется микромасштаб, т.е превалирует низкочастотная фильтрация.

4) Предложен способ компрессии к видеоданным, формируемым гиперспектрометром, использующим технологию съемки PushBroom.

Поскольку для измерительного прибора искажения видеоданных недопустимы, то алгоритм JPEG2000 рассматривался в режиме компрессии «без потерь».

Гиперспектрометр формирует гиперкуб данных, две координаты которого пространственные, а третья спектральная.

Компрессию можно применять к разным слоям куба:

-двухкоординатным узкоспектральным изображениям;

-однокоординатным многоспектральным изображениям.

Исследования показали, что в одном и в другом варианте коэффициент компрессии примерно одинаков, но для первого варианта из-за технологии съемки требуется дополнительный расход бортовых вычислительных ресурсов.

При создании перспективного космического гиперспектрометра будет использован алгоритм JPEG2000 применительно к второму варианту входных данных.

5) Разработано и подготовлено к работе устройство компрессии телеметрических данных, используемое в видео-телеметрическом датчике спутника «Кондор».

Проведен анализ существующих методов компрессии на степень пригодности к применению в данном устройстве. Проведенный анализ показал, что ни один из методов в полной мере не может обеспечить заданных характеристик устройства сжатия.

Тем не менее после доработки наиболее подходящего алгоритма компрессии SPECK, поставленная задача была решена в полном объеме.

Доработка заключалась в изменении механизма разбиения поля вейвлеткоэффициентов, что позволило снизить объем вспомогательной памяти в 16 раз.

Таким образом, полученные результаты позволяют повысить эффективность применения современных средств ДЗЗ видимого и ближнего ИК диапазонов спектра в условиях ограничения пропускной способности информационного канала связи.

Список работ по теме диссертации.

1. Сокол А. В. «Оптимизация алгоритма сжатия изображений JPEG 2000 с помощью подбора длины R-D кривых».//Электронный журнал "Исследовано в России», 56, стр. 625-643, 2005 г. http://zhural.ape.lerarn.ru/articles/2005/056.pdf 2. Сокол А.В. «Выбор показателя для оценки уровня искажений 1-рода, возникающих в оптико-электронных системах космических аппаратов дистанционного зондирования Земли».// «Известия высших учебных заведений - Электроника» стр. 55-61, март 2007 г.

3. Сокол А.В. «Эквивалентная математическая модель алгоритма сжатия JPEG2000 в задаче описания оптико-электронного тракта систем дистанционного зондирования Земли».// Сборник тезисов XLVII научной конференции МФТИ – С 166, ноябрь 2004.

4. Сокол А.В. «Алгоритм сжатия изображений для видео-телеметрического датчика».// Сборник тезисов XLVIII научной конференции МФТИ – С 174, ноябрь 2005.

5. Сокол А.В. «Уменьшение потока цифровых данных, формируемых оптико-электронным трактом космического аппарата наблюдения путем нелинейного переквантования уровней аналого-цифрового преобразователя».

Сборник тезисов 15-й всероссийской научно-технической конференции «Современное телевидение», С – 129, март 2007.

Заказ № _ Тираж _ экз.

Принято к исполнению: г.

Исполнено: _ г.

ООО «НАКРА ПРИНТ» www.nakra.ru лиц. ИД №04016 от 12.02.2001 ИНН Балаклавский пр-т, 20-2-93 т.318-40-

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»