Метод, модели и алгоритмы сжатия растровых изображений на основе биортогональных wavelet-преобразований

• Автор: Крыжевич, Леонид Святославович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА СЖАТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ МОБИЛЬНЫМИ ОБЪЕКТАМИ МОНИТОРИНГА
1.1. Характеристика современных БГ1ЛА гражданского и военного назначения
1.2. Структурно-функциональная организация системы мониторинга чрезвычайной ситуации
1.3. Анализ современных методов и форматов сжатия изображений
1.4. Обоснование направлений исследований
Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ. НАПРАВЛЕНИЯ УМЕНЬШЕНИЯ ЕГО ИЗБЫТОЧНОСТИ
2.1. Характеристики избыточности в изображениях
2.2. Обоснование выбора базиса для описания растрового изображения
2.3. Анализ существующих методов уауе!е1>преобразований
2.4. Разработка математической модели шауе1еГпреобразования растрового изображения
Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА СНИЖЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ИЗБЫТОЧНОСТИ В РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ
3.1. Модель механизма цветового восприятия оператора системы мониторинга БПЛА
3.2. Модификация метода дискретизации сигнала для снижения спектральной избыточности изображений при передаче с БПЛА

3.3. Способ построения спектрограмм изображения и определение корреляционной зависимости элементов цветового пространства
Выводы
4. МИНИМИЗАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ДИСКРЕТНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯХ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ОГРАНИЧЕННОМ ЦВЕТОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ
4.1. Одномерный случай
4.2. Двухмерный случай
4.3. Многомерный случай
4.4. Преобразование цветового пространства КОВ в пространство УУгУь
4.5. Оценка цветового пространства УУгУь
Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ТРАНСФОРМАЦИИ РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
5.1. Методика проведения экспериментальных исследований
5.2. Адаптивная кластеризация палитры цветов по интервалам
5.3. Обработка экспериментальных геопространственных данных на основе биортогональных vavelet-OB с компактным носителем
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В настоящее время интенсивно развивается мониторинг окружающей среды с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Системы мониторинга на основе БПЛА (СМ БПЛА) широко используются в системах МЧС, ГИБДД и в других приложениях. При создании системы мониторинга, особенно чрезвычайных ситуаций (ЧС), учитывают непрерывность наблюдений, обеспечивающую необходимый темп обновления данных, соответствующий динамике развития чрезвычайной ситуации. Мониторинг окружающей среды на основе БПЛА предназначен для существенного повышения эффективности управленческих решений и мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС на федеральном, региональном и местном уровнях.
Основным источником информации об окружающей среде является передача изображений с беспилотного летательного аппарата на пункты управления. Качество передачи информации о районе мониторинга определяется методами ориентирования БПЛА в пространстве и средствами его видеонаблюдения. Управление летательным аппаратом осуществляется на основе анализа полученных снимков. В связи с этим предъявляются высокие требования к качеству принимаемых с БПЛА изображений и скорости их передачи. Последняя характеристика во многом определяется помеховой обстановкой и пропускной способностью канала связи. Однако недостаточная пропускная способность часто не позволяет осуществить передачу растровых изображений с высоким качеством.
Решение этой задачи в настоящее время осуществляется путем разработки соответствующих систем связи с применением методов сжатия информации на борту БПЛА.
Существующие форматы передаваемых изображений разделены на две основные группы: со сжатием информации без потерь и с потерями. В качестве

можно в несколько раз сократить полосу частот при передаче и кодировании сигналов цветности.
Структурная избыточность - итог особенностей стандарта разложения или преобразования изображения. В нем периодически передаются неизменные по форме элементы сигнала - гасящие импульсы строк и полей. В цифровом сигнале нет необходимости передавать эти импульсы по каналу связи, т.к. они могут быть восстановлены при приеме по опорным сигналам синхронизации. Устранение из состава графического сигнала гасящих импульсов строк и полей увеличивает скорость передачи данных примерно на 23 %.
Спектральная избыточность проявляется как результат завышенной частоты дискретизации и использования излишнего количества цветов. В частности, принятая ортогональная структура дискретизации изображения в общем случае не является оптимальной в частотном пространстве. Используя интерполяцию и передискретизацию определенным образом выбранных групп отсчетов сигнала, можно видоизменить спектральный состав и снизить частоту дискретизации. Такая обработка обычно необратима [77] и, как правило, ведет к некоторому снижению качества восстановленного изображения. В большинстве стандартов этот вид избыточности не устраняется.
Под пространственной избыточностью понимают корреляционные связи между соседними (по вертикали и горизонтали) отсчетами сигнала. Следует подчеркнуть, что в этом случае снижение избыточности до определенных пределов обратимо и реализуется частотно-временными методами [9] практически без потерь информации.
Исходный геопространственный сигнал требует большой ёмкости памяти для его хранения. Так, один фотоснимок современного фотоаппарата с матрицей в 12 Мр1х занимает объем памяти на жестком диске примерно 36 Мбайт. Целью цифрового кодирования при записи является сокращение