专利名称：：一种基于YUV变换的Bayer图像压缩方法
技术领域：
：本发明涉及一种基于YUV变换的Bayer图像压缩方法，属于航天遥感器电子学领域
背景技术：
：轻小型低功耗面阵CMOS相机已广泛应用于卫星本体机构、深空探测、空间站及飞船上的视频遥测，有了它就可以对卫星变轨、改变姿态、发动机工作、太阳翼展开、天线展开等活动进行监视和评估，为科研工作者在地面判断卫星工作情况提供图像依据，已成功应用于多个型号。相机分为黑白和彩色两种，彩色相机用于监视有颜色的物体，目前，空间光学遥感相机获得彩色图像有很多方法，大型遥感相机一般是通过多个传感器分别获取不同谱段图像再通过后期合成彩色，而轻小型低功耗的面阵CMOS相机则是通过CMOS传感器上的Bayer格式滤光片阵列获取红绿蓝三个谱段图像，再通过插值合成彩色图像。目前民用数码相机上CMOS图像的压缩方法多数是图像在插值后才进行图像压缩(见图2)，由于在插值过程中对图像加入了很多冗余信息，压缩数据量是原Bayer图的三倍，不利于空间相机图像压缩实时性。并且民用相机压缩方法多采用简单的JPEG压缩方法，JPEG压缩由于采用离散余弦变换和霍夫曼编码所以不能进行固定比例压缩，这就使得它对简单的图像压缩比特别大(会出现块状效应)而复杂图像的压缩比特别小，这就不能合理分配压缩编码资源，而且卫星由于需要预估数据量以分配数传资源，所以必须采用具有固定压缩比特性的压缩算法。国内有些研究所，应用于航天CMOS相机Bayer图像压缩虽然采用基于小波的压缩方法，可以固定压缩比，但压缩时却提取Bayer原图中的红绿蓝各分量分别进行压缩(见图3)，这样待压缩数据量相比插值后再压缩的方法减少了，但是由于没有考虑到三色图像之间的相关性(三色图像内容几乎一样只是亮度不同)和彩色图像的特点，对三色分量中相同的信息进行重复描述，使压缩效率大大降低。
发明内容本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种基于空间变换的Bayer图像压缩方法，本方法首先采用在压缩前引入YUV空间转换，对YUV各分量进行压缩，去除了RGB三色空间的相关性，然后根据YUV小波变换后的复杂度进行自适应编码量分配控制，计算出YUV三个分量的压缩编码量，达到了合理分配编码资源的目的，提高了编码效率，最后利用可以固定压缩比的SPIHT算法进行编码，从而实现了高保真的Bayer格式图像压缩。本发明的技术解决方案是一种基于YUV变换的Bayer图像压缩方法，所述Bayer图像由若干Bayer单元构成，每个Bayer单元包含4个像素，分别是一个R分量、一个B分量和两个G分量，步骤如下(1)取一个Bayer图像的Bayer单元中的G分量均值、R分量和B分量组成一个RGB向量，通过公式权利要求一种基于YUV变换的Bayer图像压缩方法，所述Bayer图像由若干Bayer单元构成，每个Bayer单元包含4个像素，分别是一个R分量、一个B分量和两个G分量，其特征在于步骤如下(1)取一个Bayer图像的Bayer单元中的G分量均值、R分量和B分量组成一个RGB向量，通过公式<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>Y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>U</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>V</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mn>0.299</mn></mtd><mtd><mn>0.587</mn></mtd><mtd><mn>0.114</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mn>0.169</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>0.331</mn></mtd><mtd><mn>0.500</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0.500</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>0.419</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>0.08</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>R</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>G</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>B</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>将所述RGB向量进行YUV变换，通过YUV变换把亮度分量和色度分量分开，将Bayer图像中所有Bayer单元均按照上述方法进行变换之后，形成Bayer图像的亮度分量Y、色度分量U和色度分量V；(2)对步骤(1)中得到的亮度分量Y、色度分量U和色度分量V分别进行小波变换，得到Y分量小波系数、U分量小波系数、V分量小波系数、位平面值LY、位平面值LU和位平面值LV，之后进入步骤(3)；所述位平面值LY是指Y分量小波系数的位平面个数，即Y分量小波系数中的最大值表示成为二进制数的位数；所述位平面值LU是指U分量小波系数的位平面个数，即U分量小波系数中的最大值表示成为二进制数的位数；所述位平面值LV是指V分量小波系数的位平面个数，即V分量小波系数中的最大值表示成为二进制数的位数；(3)根据步骤(2)中得到的位平面值LU和位平面值LV，通过公式<mrow><msub><mi>a</mi><mi>U</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><msub><mi>L</mi><mi>U</mi></msub><mo>≤</mo><mn>2</mn><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0.25</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mn>2</mn><mo><</mo><msub><mi>L</mi><mi>U</mi></msub><mo>≤</mo><mn>6</mn><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0.5</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mn>6</mn><mo><</mo><msub><mi>L</mi><mi>U</mi></msub><mo>≤</mo><mn>10</mn><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mn>10</mn><mo><</mo><msub><mi>L</mi><mi>U</mi></msub><mo>≤</mo><mn>16</mn><mo>;</mo></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>和公式<mrow><msub><mi>a</mi><mi>V</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><msub><mi>L</mi><mi>V</mi></msub><mo>≤</mo><mn>2</mn><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0.25</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mn>2</mn><mo><</mo><msub><mi>L</mi><mi>V</mi></msub><mo>≤</mo><mn>6</mn><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0.5</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mn>6</mn><mo><</mo><msub><mi>L</mi><mi>V</mi></msub><mo>≤</mo><mn>10</mn><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mn>10</mn><mo><</mo><msub><mi>L</mi><mi>V</mi></msub><mo>≤</mo><mn>16</mn><mo>;</mo></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>计算U分量编码权值aU和V分量编码权值av，之后进入步骤(4)；(4)根据公式和分别计算出总编码量C、Y分量的编码量YC、U分量的编码量UC和V分量的编码量VC，之后进入步骤(5)；其中，N为图像压缩比，H为将Bayer图像分成若干长宽相等的图像块的块边长，且有块边长H＝2i像素，i为大于等于5的自然数；(5)根据步骤(4)中得到的总编码量C、Y分量的编码量YC、U分量的编码量UC和V分量的编码量VC，通过SPIHT编码方法对Bayer图像进行压缩。FSA00000345270900021.tif,FSA00000345270900022.tif,FSA00000345270900023.tif,FSA00000345270900024.tif2.根据权利要求1所述的一种基于空间变换的Bayer图像压缩方法，其特征在于所述步骤(2)中小波变换采用9/7小波作为小波基。全文摘要一种基于YUV变换的Bayer图像压缩方法，属于航天光学遥感器
技术领域：
，是一种应用于航天光学遥感CMOS相机的Bayer图像压缩的方法。首先对Bayer格式图像进行空间变换，由三色空间转换为亮度色度空间，去除了三色分量间的相关性，为亮度和色度采用不同的压缩比做好准备，随后根据图像的复杂度进行自适应确定压缩比并进行变换和编码。本发明采用空间变换去除三色分量的相关性从而对压缩后图像质量有很大的提高，并且针对不同复杂度的图像采用不同的压缩比，更增加了相机的适应能力。文档编号H04N11/04GK101977330SQ20101054350公开日2011年2月16日申请日期2010年11月12日优先权日2010年11月12日发明者吴雁林,太萍,孟林智,张宏伟,朱军,李晨曦,温博,胡永富,郭强,陈彦,饶炜,黄昊,黄江川,黄长宁申请人:北京空间机电研究所