专利名称：基于光学曲线波变换的图像压缩系统的制作方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，涉及图像压缩技术，具体地说，是一种基于光学曲线波(Curvelet)变换的图像压缩系统。
背景技术：
当今人类社会已进入信息社会，图像是信息社会中传递信息的重要载体之一。但是，通常获得的原始图像的数据量是极大的，在现有的通信能力下，如果不经过压缩，无法完成大量图像信息的实时传输，图像高速传输和存储所需要的巨大容量已成为推广其通信的最大障碍。图像压缩就是把原来较大的图像用尽量少的字节进行表示。利用图像压缩， 可以减轻图像存储和传输负担，使图像在网络上实现快速传输，在存储时可减少空间使用。 图像压缩已被广泛地应用于视频监控、手机彩信、数字电视、多媒体通信、小区安防等众多领域。小波变换是图像压缩的有效工具，它能针对图像的特定频率成分进行处理，并很好地反映信号的零维奇异特征，已被成功地应用于图像压缩中。但是，常用的二维小波是由两个一维小波的张量积形成，其方向选择性有限，且各向同性，难以很好地表示图像的边缘、轮廓和纹理等具有高维奇异性的几何特征。曲线波变换具有更好的方向辨识能力，对图像的边缘，如曲线、直线等集合特征的表达更加优于小波。它将小波的优点延伸到高维空间，能够更好地刻画高维信息的特征，更适合应用于图像压缩中，提高图像压缩的效率。但是，目前基于电学数值计算的曲线波变换应用时庞大的计算量制约了其应用的进一步推广，基于电学曲线波变换的图像压缩技术具有压缩速度慢的显著缺点，难以满足图像压缩的实时性要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光学曲线波变换的图像压缩系统，可以提高图像压缩的速度。本发明的具体技术方案是
一种基于光学曲线波变换的图像压缩系统，包括光学曲线波变换模块和第四计算机， 其中所述第四计算机包括量化模块和编码模块，
所述光学曲线波变换模块中氦氖激光器位于针孔滤波器前方15 20cm处，针孔滤波器位于准直透镜的前焦面处，所述准直透镜后方20 25cm处安装分光器，所述分光器后方20 25cm处安装第一电寻址空间光调制器，所述第一电寻址空间光调制器位于第一傅里叶透镜的前焦面处，所述第一傅里叶透镜的后焦面处安装第二电寻址空间光调制器， 所述第二电寻址空间光调制器位于第二傅里叶透镜的前焦面处，所述第二电寻址空间光调制器右上方安装第二傅里叶透镜，所述第二傅里叶透镜的后焦面处安装CXD ((XD =Charge Coupled Device,电荷耦合装置)光电耦合器件；所述分光器下方100 120cm处安装平面反射镜；所述氦氖激光器、针孔滤波器、准直透镜、分光器、第一电寻址空间光调制器、第一傅里叶透镜、第二电寻址空间光调制器在同一轴线上；所述平面反射镜、第二电寻址空间光调制器、第二傅里叶透镜、CXD光电耦合器件在同一轴线上；所述平面反射镜的位置要保证所述分光器分出的平行光经所述平面反射镜反射后入射到所述第二电寻址空间光调制器上；所述第一电寻址空间光调制器用电缆与第一计算机相连接，第二电寻址空间光调制器用电缆与第二计算机相连接，CCD光电耦合器件用电缆与所述第三计算机相连接，所述第三计算机用电缆与所述第四计算机相连接；
氦氖激光器通过针孔滤波器和准直透镜形成平行光，经分光器透射在第一电寻址空间光调制器上，由第一计算机控制将输入图像加载到第一电寻址空间光调制器上，通过第一傅里叶透镜实现对输入图像的傅里叶变换，在第一傅里叶透镜后焦面处形成输入图像的频谱，由第二计算机控制将频域形式的曲线波滤波器加载到第二电寻址空间光调制器上，在所述第二电寻址空间光调制器上完成输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘，由分光器将平行光分路到平面反射镜，调整平面反射镜的位置，使分光器分路来的平行光经平面反射镜反射后入射到第二电寻址空间光调制器上，通过第二傅里叶透镜实现输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘结果的傅里叶变换，从而得到输入图像的曲线波变换的数值结果；
由第三计算机控制CCD光电耦合器件采集所述输入图像的曲线波变换结果，并读入所述第三计算机；
将输入图像的曲线波变换的数值结果经所述第四计算机中所述量化模块进行带死区的均勻量化，得到输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果；
将输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果经所述第四计算机中所述编码模块进行位平面自适应算术编码，得到输入图像的压缩编码结果。其中所述氦氖激光器的输出功率为80-100mw，偏振比为1000 :1，发散角 ^ 0. 5mrad ；所述针孔滤波器的针孔直径为IOMm ；所述准直透镜的焦距为400mm，孔径直径为IOOmm ；所述分光器的分光角度为45-90度；所述第一、第二电寻址空间光调制器的分辨率为IOMX 768，液晶尺寸为14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸为14MmX 14Mm，刷新频率为60Hz， 对比度为400 :1，最高透射率为21% ；所述第一、第二傅里叶透镜的焦距为400mm，孔径直径为100mm;所述C⑶光电耦合器件的输出图像最大分辨率为3456 X 2304，感光元件尺寸为 22. 2mmX14. 8 mm。本发明还提供一种基于光学曲线波变换的图像压缩系统，用于视频监控、手机彩信、数字电视、多媒体通信、小区安防的用途。本发明的工作原理如下
根据光学曲线波变换系统的原理实现输入图像的曲线波变换，氦氖激光器通过针孔滤波器和准直透镜形成平行光，经分光器透射在第一电寻址空间光调制器上，由第一计算机控制将输入图像加载到第一电寻址空间光调制器上，通过第一傅里叶透镜实现对输入图像的傅里叶变换，在第一傅里叶透镜后焦面处形成输入图像的频谱，由第二计算机控制将频域形式的曲线波滤波器加载到第二电寻址空间光调制器上，在这里完成输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘，由分光器将平行光分路到平面反射镜，调整平面反射镜的位置，使分光器分路来的平行光经平面反射镜反射后入射到第二电寻址空间光调制器上，通过第二傅里叶透镜实现输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘结果的傅里叶变换，由第三计算机控制CCD光电耦合器件采集输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘结果的傅里叶变换结果，即输入图像的曲线波变换结果，并读入第三计算机。对于采集到的输入图像的曲线波变换结果，采用带死区的均勻量化方法进行量化，带死区的均勻量化最重要的是量化步长的确定，设低频分量系数矩阵，量化后矩阵
d不力，量化步长，则量化公式为
其中，，为分量采样的比特精度，为增益。对输入图像曲线波变换的数值结果的量化结果，采用位平面自适应算术编码进行编码。在编码时首先按位平面的重要程度从最高有效位平面开始到最低有效位平面依次编码，这些位平面从具有非零元素的最重要的位平面开始到最不重要的位平面为止。位平面中的每一个系数位以下列三种编码过程之一进行编码显著性传播过程(significance propagation pass, SP) > fil (magnitude refinement pass, MP)禾Pi青除 禾呈 (cleanup pass，CP)。每一个系数比特只会在三个编码过程中的一个编码过程中被编码。 扫描顺序按照从上到下、从左到右的方式。而具体到每一个位平面则采用了一个条带的扫描方法，以四行为一条，从上往下完成一个位平面的扫描。每个条带内，在每列中自上而下扫描，各列由左到右扫描。对位平面编码的结果进行自适应算术编码，算术编码将整个源符号序列映射为单个码字，一个自适应的二值算术编码器接收符号序列中的符号和相应的估计概率，输出压缩码流，其中自适应的含义是根据当前符号和已编码符号来更新概率估计。对于利用本发明提出的方法得到的图像压缩结果，利用计算机通过数值计算的方法实现对图像压缩结果的解压缩。本发明与现有技术相比有如下优点
(1)基于光学方法实现曲线波变换，具有光学信息处理高速、并行和大容量的特征，与电学方法相比较，提高信息处理的速度。(2)将光学曲线波变换方法应用于图像压缩技术，有效提高图像压缩速度，促进实时动态的图像压缩技术的发展。
图1为本发明的原理方框图2是本发明中该光学曲线波变换模块的结构示意图； 图3为本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面结合附图对本发明的实施例做进一步详述。如图1所示，该基于光学曲线波变换的图像压缩系统包括光学曲线波变换模块和第四计算机14，其中第四计算机包括量化模块和编码模块，光学曲线波变换模块的输出端与量化模块的输入端连接，量化模块的输出端与编码模块的输入端连接。实施例1 光学曲线波变换模块的结构如图2所示，氦氖激光器1位于针孔滤波器 2前方16cm处，针孔滤波器2位于准直透镜3的前焦面处，准直透镜3后方22cm处安装分光器4，分光器4后方21cm处安装第一电寻址空间光调制器5，该第一电寻址空间光调制器 5位于第一傅里叶透镜6的前焦面处，第一傅里叶透镜6的后焦面处安装第二电寻址空间光调制器7，该第二电寻址空间光调制器7位于第二傅里叶透镜8的前焦面处，第二电寻址空间光调制器7右上方安装第二傅里叶透镜8，第二傅里叶透镜8的后焦面处安装CXD ((XD Charge Coupled Device,电荷耦合装置)光电耦合器件9 ；分光器4下方IlOcm处安装平面反射镜10 ；所述氦氖激光器1、针孔滤波器2、准直透镜3、分光器4、第一电寻址空间光调制器5、第一傅里叶透镜6、第二电寻址空间光调制器7在同一轴线上；所述平面反射镜10、第二电寻址空间光调制器7、第二傅里叶透镜8、(XD光电耦合器件9在同一轴线上；所述平面反射镜8的位置要保证分光器4分出的平行光经平面反射镜8反射后入射到第二电寻址空间光调制器7上；所述第一电寻址空间光调制器5用电缆与第一计算机11相连接，第二电寻址空间光调制器7用电缆与第二计算机12相连接，CCD光电耦合器件9用电缆与第三计算机13相连接，第三计算机13用电缆与第四计算机14连接，如图3所示。氦氖激光器的型号为虹扬2000，输出功率为90mw，偏振比为1000 :1，发散角 ^ 0. 5mrad。针孔滤波器的型号为SZ-52，针孔直径为lOMffl。准直透镜的型号为GC0-0203M，焦距为400mm，孔径直径为100mm。分光器的分光角度为90度。第一、第二电寻址空间光调制器的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率为 IOMX 768，液晶尺寸为14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸为14MmX 14Mm，刷新频率为60Hz，对比度为400 :1，最高透射率为21%。第一、第二傅里叶透镜的型号为GC0-0203M，焦距为400mm，孔径直径为100mm。C⑶光电耦合器件的型号为Cannon EOS 350D,其输出图像最大分辨率为 3456 X 2304，感光元件尺寸为 22. 2mmX 14. 8 mm。实施例2与实施例1结构及方法相同，所不同的是实施例2中氦氖激光器1位于针孔滤波器2前方18cm处，准直透镜3后方21cm处安装分光器4，该分光器4后方Mcm处安装第一电寻址空间光调制器5，分光器4下方105cm处安装平面反射镜10，分光器的分光角度为80度。实施例3与实施例1结构及方法相同，所不同的是实施例3中氦氖激光器1位于针孔滤波器2前方20cm处，准直透镜3后方20cm处安装分光器4，该分光器4后方25cm处安装第一电寻址空间光调制器5，分光器4下方115cm处安装平面反射镜10，分光器的分光角度为70度。应用光学曲线波变换模块实现输入图像的曲线波变换，如图2所示，氦氖激光器1 通过针孔滤波器2和准直透镜3形成平行光，经分光器4透射在第一电寻址空间光调制器 5上，由第一计算机11控制将输入图像加载到第一电寻址空间光调制器5上，通过第一傅里叶透镜6实现对输入图像的傅里叶变换，在第一傅里叶透镜6后焦面处形成输入图像的频谱，由第二计算机12控制将频域形式的曲线波滤波器加载到第二电寻址空间光调制器7 上，在这里完成输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘，由分光器4将平行光分路到平面反射镜10，调整平面反射镜10的位置，使分光器4分路来的平行光经平面反射镜 10反射后入射到第二电寻址空间光调制器7上，通过第二傅里叶透镜8实现输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘结果的傅里叶变换，由第三计算机13控制CCD光电耦合器件9采集输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘结果的傅里叶变换结果，即输入图像的曲线波变换结果，并读入第三计算机13。应用量化模块 对由光学曲线波变换模块中得到的输入图像的曲线波变换的数值结果进行带死区的均勻量化，得到输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果，量化模块利用第四计算机14实现。应用编码模块对由量化模块得到的输入图像曲线波变换的数值结果的量化结果进行位平面自适应算术编码，得到输入图像的压缩编码结果，编码模块利用第四计算机14 实现。本发明提出一种基于光学曲线波变换的图像压缩方法，可用于视频监控、手机彩信、数字电视、多媒体通信、小区安防等众多领域，与传统的图像压缩方法相比，它可以提高图像压缩的速度。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种基于光学曲线波变换的图像压缩系统，其特征在于包括光学曲线波变换模块和第四计算机(14)，其中所述第四计算机(14)包括量化模块和编码模块，所述光学曲线波变换模块中氦氖激光器(1)位于针孔滤波器(2)前方15 20cm处， 针孔滤波器(2)位于准直透镜(3)的前焦面处，所述准直透镜(3)后方20 25cm处安装分光器(4)，所述分光器(4)后方20 25cm处安装第一电寻址空间光调制器(5)，所述第一电寻址空间光调制器(5)位于第一傅里叶透镜(6)的前焦面处，所述第一傅里叶透镜(6)的后焦面处安装第二电寻址空间光调制器(7)，所述第二电寻址空间光调制器(7)位于第二傅里叶透镜(8)的前焦面处，所述第二电寻址空间光调制器(7)右上方安装第二傅里叶透镜 (8)，所述第二傅里叶透镜(8)的后焦面处安装CXD光电耦合器件(9);所述分光器(4)下方 100 120cm处安装平面反射镜(10);所述氦氖激光器(1)、针孔滤波器(2)、准直透镜(3)、 分光器(4)、第一电寻址空间光调制器(5)、第一傅里叶透镜(6)、第二电寻址空间光调制器(7)在同一轴线上；所述平面反射镜(10)、第二电寻址空间光调制器(7)、第二傅里叶透镜(8)、(XD光电耦合器件(9)在同一轴线上；所述平面反射镜(10)的位置要保证所述分光器 (4)分出的平行光经所述平面反射镜(10)反射后入射到所述第二电寻址空间光调制器(7) 上；所述第一电寻址空间光调制器(5)用电缆与第一计算机(11)相连接，第二电寻址空间光调制器(7)用电缆与第二计算机(12)相连接，CCD光电耦合器件(9)用电缆与第三计算机(13)相连接，所述第三计算机(13)用电缆与所述第四计算机(14)相连接；所述氦氖激光器(1)通过所述针孔滤波器(2)和所述准直透镜(3)形成平行光，经所述分光器(4)透射在所述第一电寻址空间光调制器(5)上，由所述第一计算机(11)控制将输入图像加载到所述第一电寻址空间光调制器(5)上，通过所述第一傅里叶透镜(6)实现对输入图像的傅里叶变换，在所述第一傅里叶透镜(6)后焦面处形成输入图像的频谱，由所述第二计算机(12)控制将频域形式的曲线波滤波器加载到所述第二电寻址空间光调制器 (7)上，在所述第二电寻址空间光调制器(7)上完成输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘，由所述分光器(4)将平行光分路到所述平面反射镜(10)，调整所述平面反射镜 (10)的位置，使所述分光器(4)分路来的平行光经所述平面反射镜(10)反射后入射到所述第二电寻址空间光调制器(7)上，通过所述第二傅里叶透镜(8)实现输入图像的频谱与频域形式的曲线波滤波器相乘结果的傅里叶变换，从而得到输入图像的曲线波变换的数值结果；由所述第三计算机(13 )控制所述CCD光电耦合器件(9 )采集所述输入图像的曲线波变换结果，并读入所述第三计算机(13)；将输入图像的曲线波变换的数值结果经所述第四计算机(14)中所述量化模块进行带死区的均勻量化，得到输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果；将输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果经所述第四计算机(14)中所述编码模块进行位平面自适应算术编码，得到输入图像的压缩编码结果。
2.根据权利要求1所述基于光学曲线波变换的图像压缩方法，其特征在于所述氦氖激光器(1)的输出功率为80-100mw，偏振比为1000 :1，发散角彡0. 5mrad ；所述针孔滤波器(2)的针孔直径为IOMffl ；所述准直透镜(3)的焦距为400mm，孔径直径为IOOmm ；所述分光器(4)的分光角度为45-90度；所述第一、第二电寻址空间光调制器(5、7)的分辨率为 10MX768，液晶尺寸为14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸为14MmX 14Mm，刷新频率为60Hz，对比度为400 :1，最高透射率为21% ；所述第一、第二傅里叶透镜(6、8)的焦距为400mm，孔径直径为100mm;所述CXD光电耦合器件(9)的输出图像最大分辨率为3456X 2304，感光元件尺寸为 22. 2mmX14. 8 mm。
3. 一种根据权利要求1所述的基于光学曲线波变换的图像压缩系统，用于视频监控、 手机彩信、数字电视、多媒体通信、小区安防的用途。
全文摘要
本发明设计一种基于光学曲线波变换的图像压缩系统，属于图像处理技术领域。该系统包括光学曲线波变换模块，量化模块和编码模块；先将输入图像经光学曲线波变换模块实现曲线波变换，得到输入图像的曲线波变换的数值结果；然后由量化模块对输入图像的曲线波变换的数值结果进行量化，得到输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果；再由编码模块对输入图像的曲线波变换的数值结果的量化结果进行编码，得到输入图像的压缩编码结果。本发明提出的图像压缩方法可以用于视频监控、手机彩信、数字电视、多媒体通信、小区安防等众多领域，与传统的图像压缩方法相比，它可以提高图像压缩速度。
文档编号G02B27/10GK102289827SQ201110143378
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者余月华, 吴江洲, 姜文浩, 张博为, 蒲秀娟, 韩亮 申请人:重庆大学