（信息与通信工程专业论文）高光谱图像压缩技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院博士学位论文 摘要 作为一种新兴的遥感技术，高光谱遥感在军事侦察和国民经济各领域的应用 日趋深入。在其应用过程中，一个瓶颈问题就是数据量过于庞大，并有愈演愈烈 之势。高光谱图像压缩技术旨在解决这一难题，具有较强的理论和现实意义，因 而得到了国内外学者的广泛重视。本文在总结现有压缩方案的基础上，研究了高 光谱图像的压缩方案及压缩算法的性能评估问题。 论文研究了基于非监督分类预处理的高光谱图像无损压缩方法。结合高光谱 图像纹理细密特点，在聚类、波段重排基础上，提出了基于同类邻点预测的无损 压缩方案。结合数据的空间和谱间相关性，提出了以单空间邻点、多波段像素为 预测数据的压缩方案，继而将一种四选一的多预测器框架，引入到压缩处理过程， 实现了较高的无损压缩比。 论文研究了高光谱图像压缩算法的性能评估问题。首先对现有的高光谱图像 有损压缩质量评估技术进行了分类和综述。结合光谱分类的数据应用，提出了基 于最优性能的压缩性能评估方案。探讨了压缩重建图像的客观失真参数与应用准 确率之间的关系，在不同地物成像实验统计基础上，提出了一种基于失真参数提 取的、稳健的性能评估框架。以三种基于矢量量化有损压缩方案为例，说明了评 估过程。两种评估框架都具有开放的结构，可拓展到目标检测等其它应用方向的 性能评估。结合工程实践，研制了“高速数据压缩设备测试系统”，该系统设计灵活， 经过简单的软硬件更改，即可用于对高光谱图像压缩设备的速度及差错控制性能 的测试。 论文研究了将小波变换与矢量量化相结合的有损压缩方案。在分析w k v ( d i s c r e t ew a v e l e tt r a n s f o r ma n dk r o n e c k e rg a i ns h a p ev e c t o rq u a n t i z a t i o n ) 算法的基 础上，提出了分组处理的g w k v ( g r o u p i n gw k v ) 压缩方案。该算法引入了一种 等长分组或局部最优变长分组算法，实现了“2 d d w t + 波段分组+ k r g s v q 的 压缩流程。该压缩方案具有低复杂度、低内存需求和良好的可并行性特点。仿真 实验证实了算法的有效性。 论文研究了基于独立分量分析的高光谱图像压缩方案，用于特定应用条件下 的压缩问题。在军事侦察中，应用集中在小目标和异常的检测，图像数据的重建 不再成为必需。参考快速独立分量分析结合小波变换编码的框架v a i w ( v i r t u a l d i m e n s i o n a l i t y ，a t g p ，f a s t l c a ，w a v e l e tt r a n s f o r m ) ，将非监督的正交子空间投影、 最大距离端元提取两种几何端元提取方法，以及r x 异常检测算子，引入到快速独 立分量分析的混合矩阵初始化。结合端元提取，提出了一种“保守”的虚拟维数估计 修正方法，解决小目标或异常易丢失的问题，实现了r v e i s s t d ( r e v i s e d 第i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 v d + e n d m e m b e re x t r a c t i o n + f a s t l c a + s p i h tf o rs m a l lt a r g e td e t e c t i o n ) 压缩算法。 仿真实验中，验证了改进的约束最小能量算子在独立分量图序列中检测目标的有 效性。在某机场a v i r i s 数据中，构造两个小目标，进行了小目标检测实验。实验 结果证实了小目标或异常检测应用环境下r v e i s s t d 压缩方案的有效性。虚拟维 数修正对小目标检测的重要性同时得到了证明。 论文最后对下一步的继续研究，从个人观点，进行了展望。 主题词：高光谱遥感； 图像压缩；聚类；线性预测；性能评估；小波变换；矢 量量化；独立分量分析 第i i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 a b s t r a c t h y p e r s p e c t r a lr e m o t es e n s i n gi sg a i n n i n gm o r ea t t e n t i o ni nt h ef i e l d so fm i l i t a r y s u r v e i l l a n c ea n dn a t i o n a le c o n o m y h o w e v e r ，t h ea p p l i c a t i o n so fh y p e r s p e c t r a li m a g e d a t aa r es t i l li nt h e i ri n f a n c ya sh a n d l i n gt h es i g n i f i c a n ts i z eo ft h ed a t ap r e s e n t sa c h a l l e n g ef o rt h eu s e rc o m m u n i t y t h er e q u e s tf o re f f i c i e n tc o m p r e s s i o nm e t h o d s b e c o m e sp r e s s i n g ，s i n c et e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s e sm a k eh i g h e ra n d h i g h e rs p a t i a la n d s p e c t r a lr e s o l u t i o n sa v a i l a b l e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a l g o r i t h m so fh y p e r s p e c t r a lr e m o t e s e n s i n gi m a g ec o m p r e s s i o na n dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fl o s s yc o m p r e s s i o nm e t h o d s a r ep r o p o s e d t h el o s s l e s sc o m p r e s s i o nm t h o d su s i n gu n s u p e r v i s e dc l a s s i f i c a t i o na sp r e t r e a t m e n t s t e pa r es t u d i e da tf i r s t c o n s i d e r i n gt h ed e t a i l e dt e x t u r eo fh y p e r s p e c t r a li m a g e ，a p r e d i c t i n gs c h e m eu s i n ga d j a c e n tp i x e l si nt h es a n l ec l u s t e ri sp r e s e n t e db a s e do n c l u s t e r i n ga n db a n d sr e o r d e r i n g a c c o r d i n gt ot h es p e c t r a la n ds p a t i a lc o r r e l a t i o n c h a r a c t e r i s t i c ，a n o t h e rp r e d i c t i n gs c h e m eu s i n gs i n g l ea d ja c e n tp i x e la n ds e l fl o c a t i o n p i x e li nm u l t i - b a n d sa sp r e d i c t i n gd a t ai sp r o p o s e d am u l t i - p r e d i c t o rf r a m ew i t ho n e f r o mf o u rs t r a t e g yi sp r e s e n t e dc o n s e q u e n t l y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ev a l i d i t y o ft h ep r o p o s e da l g o r i t h m s i ns o m ec a s e s ，e s p e c i a l l yi ns a t e l l i t ed a t al i n k ，l i m i t e db yt h ea v a i l a b l eb a n d w i d t h a n dt h eo n b o a r ds t o r a g ec a p a c i t y ，l o s s yc o m p r e s s i o nt e c h n i q u e sh a v et ob eu s e d t h e e v a l u a t i o no ft h eq u a l i t yo fr e c o n s t r u c t e dd a t ab e c o m e san e wi s s u r e i nc h a p t e r3o ft h i s d i s s e r t a t i o n ，t h ee x i s t e n te v a l u a t i o nm e t h o d sa r ec l a s s i f i e da n ds u m m a r i z e d c o m b i n e d w i t ht h e s p e c t r ac l a s s i f y i n ga p p l i c a t i o n ，a ne v a l u a t i o ns c h e m ec a l l e d o p t i m a l p e r f o r m a n c ei sd e v e l o p e d t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nd i s t o r t i o nc r i t e r i aa n dt h e p r e c i s e n e s so fa p p l i c a t i o n si s d i s c u s s e d a n dar o b u s tc r i t e r i ae x t r a c t i o nm e t h o di s d e v e l o p e db a s e do ni m a g i n gd a t ao fv a r i o u ss c e n e s t h r e el o s s yc o m p r e s s i o n a p p r o a c h e su s i n gv e c t o rq u a n t i z a t i o na r eu s e dt os h o wt h ee v a l u a t i o np r o c e d u r e b o m o ft h ee v a l u a t i o ns c h e m e sh a v eo p e n i n gf r a m e w o r k c o m b i n e dw i t h e n g i n e e r i n g p r a c t i c e ，at e s t i n gs y s t e mf o rh i l g hs p e e dd a t ac o m p r e s s i o ne q u i p m e n t si sp r e s e n t e d t h e s y s t e mi sd e s i g n e df l e x i b l y ，a n db ys i m p l ec h a n g i n gt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，t h e s y s t e mc a nb eu s e dt ot e s tt h es p e e da n de r r o rc o n t r o lp e r f o r m a n c eo fh y p e r s p e c t r a ld a t a c o m p r e s s i o ne q u i p m e n t s b a n d sg r o u p i n gi d e ai si n t r o d u c e dt ot h ew k v ( t w od i m e n s i o n a lw a v e l e t t r a n s f o r ma n dk r o n e c k e rg a i ns h a p ev e c t o rq u a n t i z a t i o n ) l o s s yc o m p r e s s i o nm e t h o di n c h a p t e r4 a ne q u a ll e n g t hg r o u p i n ga n dal o c a l l yo p t i m i z e dg r o u p i n ga r eu s e d a n da n e wm e t h o dc a l l e dg w k v ( g r o u p i n gw k v ) i sd e v e l o p e d c o m p a r e dw i t ht h eo r i g i n a l s c h e m e ，t h en e wm e t h o dh a sm e r i t so fl o w e rc o m p l e x i t y ，l o w e rs t o r a g es p a c ea n dg o o d p a r a l l e l i z a b i l i t y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ea l g o r i t h mi se f f i c i e n t i nm i l i t a r ys u r v e i l l a n c e ，t h ea p p l i c a t i o nf o c u s e so nt h ed e t e c t i o no fs i n a i la n d 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 a n o m a l o u s t a r g e t s i ns o m ec a s e s ，t h ei m a g er e c o n s t r u c t i o n i sn o tn e c e s s a r y c o m p r e s s i o nm e t h o d sb a s e d o ni n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s ( i c a ) a r ed i s c u s s e di n c h a p t e r5 t w og e o m e t r i ce n d m e m b e re x t r a c t i o nm e t h o d s ：u n s u p e r v i s e do r t h o g o n a l s u b s p a c ep r o j e c t i o n ( u o s p ) a n dm a x i m u md i s t a n c ee x t r a c t o r ，a n dr xa n o m a l i t y d e t e c t o r a r ei n t r o d u c e dt ot h em i x i n gm a t r i xi n i t i a l i z a t i o no ff a s t l c a c o m b i n e dw i t h e n d m e m b e re x t r a c t i o n a “c o n s e r v a t i v e ”r e v i s i n ga l g o r i t h mo ft 1 1 ee s t i m a t i o no fv i r t u a l d i m e n s i o n a l i t y ( v d ) i sp r o p o s e dt os a t i s f yt h en e e do fs m a l lt a r g e t sd e t e c t i o n 1 1 1 e c o m p r e s s i o nm e t h o dc a l l e dr v e i s s t di sd e v e l o p e d i nt h ee x p e r i m e n t s ，t h ev a l i d i t y o ft h em o d i f i e dc e m ( c o n s t r a i n e de n e r g ym i n i m u m ) o p e r a t o rw h e ni ti su s e do n i n d e p e n d e n tc o m p o n e n t si ss t u d i e d w ec o n s t r u c tt w os m a l lt a r g e t si nt h ea v i r i sd a t a o fa na i r f i e l d ，a n dd e t e c tt h es m a l lt a r g e t ss u c c e s s f u l l y t h er e s u l t sa p p r o v et h a tt h e r v e i s s t dc o m p r e s s i o nm e t h o di sa ne f f i c i e n tc o m p r e s s i o na p p r o a c hi ns m a l lt a r g e t s a n da n o m a l i e sd e t e c t i n ga p p l i c a t i o n s s i m u l t i n e o u s l y ，t h er e s u l t sa l s ov a l i d a t et h ek e y e f f e c to ft h er e v i s i n ga l g o r i t h mi ns m a l lc h a r a c t e r i s t i c sp r o t e c t i o n i nt h ee n d ，t h ed i r e c t i o no ff u r t h e rs t u d yi sp o i n t e do u t ，t h o u g h ，i np e r s o n a l o p i n i o n k e yw o r d s h y p e r s p e e t r a lr e m o t es e n s i n g ，i m a g ec o m p r e s s i o n ，c l u s t e r i n g ， l i n e a r p r e d i c t i n g ，p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，w a v e l e t t r a n s f o r m ，v e c t o r q u a n t i z a t i o n ，i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 表目录 表2 1 分类数与运算时间关系简表( 时间单位：秒) 2 9 表2 2 不同算法a v i r i s 数据压缩比比较3 0 表2 3 不同算法o m i s 数据压缩比比较3 1 表2 4 整体重排与分类重排压缩比比较3 2 表2 5 多预测器与单预测器压缩比比较。3 3 表2 6 多预测器与波段重排多预测器压缩比比较3 3 表2 7o m i s 数据不同算法压缩比比较3 5 表2 8 量化为8 比特o m i s 数据压缩比比较3 5 表2 9p h i 数据压缩比比较。3 6 表3 1 压缩比和分类准确率对照表( 准确率单位：) 4 8 表4 1 滤波器参数6 7 表4 。2r i v e r 9 第1 分组三级小波分解子图码率分配表7 2 表4 3 分类准确率与压缩比关系表( 准确率单位：) 7 5 表5 1 实验区域v d 估计与虚警概率关系表。9 5 表5 2 几何端元提取结果j 9 5 表5 3 不同信噪比下的压缩图像信噪比对照表9 7 表5 4 实验区域v d 估计与虚警概率关系表1 0 4 表5 5 几何端元提取结果10 4 表a 1o m i s 成像光谱仪主要技术参数1 2 3 表a 2 推扫式成像光谱仪p h i 主要技术参数12 3 表a 3a v i r i s 主要技术参数1 2 4 第l v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 1 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图目录 成像光谱技术的分类2 高光谱成像原理图3 d p c m 编解码系统框图7 变换编码系统框图8 矢量量化编解码系统框图。1 1 端元的几何意义1 9 1 3 预测邻点示意图2 3 类内邻点搜索示意图2 4 同类邻点预测流程图。2 5 像素x 。因果邻点示意图2 6 单邻点选择示意图2 8 单邻点预测流程图2 8 实验图像c u p r i t e l 及截取实验区域放大图( 第5 6 波段) 2 9 c u p r i t e l 数据各个波段压缩结果比较图3 0 实验图像r i v e r 9 及实验区域放大图( 第3 3 波段) 3 1 r i v e r 9 数据各个波段压缩结果比较图31 p h i 数据实验区域局部及截取实验对象放大图( 第5 6 波段) 3 2 c u p r i t e l 数据各个波段压缩结果比较图3 4 平均比特率与预测点数关系图( c - 8 ) 3 4 平均比特率与聚类数关系图( 肛1 3 ) 3 5 最优性能评估框图4 5 实验图像：r i v e r 9 局部( 第3 3 波段) 4 7 统计方法流程框图5 0 压缩比分类准确率曲线5 1 失真标准抽取流程框图。5l p m a d 与c m e a n s 分类准确率关系图( s i m s c a ) 5 2 谱保真度与c m e a n s 分类准确率关系图( l p v q ) 5 2 r m s e 与c m e a n s 分类准确率关系图( l p v q ) 5 3 模拟数据源实现框图5 5 分路器实现方框图5 6 高速串行信道误码产生器方框图5 6 第v 页 国防科学技术大学研究生院博七学位论文 图3 1 2 图3 1 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 图4 图4 图4 图4 1 0 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 l 图5 1 2 图5 1 3 图5 1 4 图5 1 5 图5 1 6 图5 1 7 图5 1 8 图5 1 9 数据接收终端实现框图5 7 测试系统连接示意图5 8 短时傅立叶变换与小波变换时频分辨率比较6 1 信号不同频率分解图6 3 信号重构图6 4 图像的3 级小波分解示意图6 5 g w k v 压缩算法流程图6 6 参数求取示意图7 1 分组边界调整方法7 1 变长分组结果7 3 实验图像原始数据和压缩重建数据( r i v e r9 第9 3 波段) 7 3 r i v e r9 图像信噪比和码率关系图7 4 r v e i s s t d 压缩编码流程图8 5 v d 修正流程图9 0 某机场实验区局部第3 0 波段9 4 虚拟维数估计图( p f = 1 0 4 ) 。9 4 几何端元抽取结果图9 5 o w c e m 原始数据目标检测结果图9 6 r x d 初始化f a s t l c a 抽取的独立分量图序列9 7 1 0 ：1 压缩比下的独立分量图序列9 7 独立分量图序列c e m 检测结果图9 8 独立分量图序列o w c e m 检测结果图9 9 1 0 ：1 压缩独立分量图序列o w c e m 检测结果图9 9 2 0 ：1 压缩独立分量图序列o w c e m 检测结果图1 0 0 4 0 ：1 压缩独立分量图序列o w c e m 检测结果图1 0 0 m d + f a s t i c a + s p i h t ( 1 0 ：1 ) 独立分量图序列o w c e m 检测结果图1 0 1 u o s p + f a s t l c a + s p i h t ( 10 ：i ) 独立分量图序列o w c e m 检测结果图1 0 2 r x d 抽取端元为目标的p c 序列o w c e m 检测结果图1 0 2 构造目标光谱曲线1 0 3 构造目标o w c e m 检测结果1 0 4 构造目标在不同压缩比下的o w c e m 检测结果1 0 5 第v i 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 缩略词 i f o vi n s t a n t a n e o u sf i e l do fv i e w 瞬时视场角 a i sa i r b o r n ei m a g i n gs p e c t r o m e t e r 航空成像光谱仪 a v i r i sa i r b o r n ev i s i b l e i n f r a r e di m a g i n gs p e c t r o m e t e r 航空可见光红外成像光谱仪 m o d i sm o d e r a t er e s o l u t i o ni m a g i n gs p e c t r o m e t e r 中分辨率成像光谱仪 e s a e u r o p e a ns p a c ea g e n c y 欧洲空间局 c h r i s c o m p a c th i g hr e s o l u t i o ni m a g i n gs p e c t r o m e t e r紧凑型高分辨率成像光谱仪 p h i p u s h b r o o mh y p e r s p e c t r a li m a g i n g 扫帚式高光谱成像仪 0 m i s o p e r a t i o n a lm o d u l a ri m a g i n gs p e c t r o m e t e r实用型模块化成像光谱仪 d c td i s c r e t ec o s i n et m n s f o r m 离散余弦变换 m a wm i n i m u ma b s o l u t ew e i g h tp r e d i c t i o nt r e e 最小绝对权预测树 s n m a ws i d en e i g h b o rm i n i m u ma b s o l u t ew e i g h tp r e d i c t i o n侧邻域最小绝对权值预测树 t r e e l p cl i n e a rp r e d i c t i o nc o d e 线性预测编码 l o c ol o wc o m p l e x i t yl o s s l e s sc o m p r e s s i o n 低复杂度无损压缩 c a l i c c o n t e x t - b a s e d ，a d a p t i v e ，l o s s l e s si m a g ec o d e上下文自适应无损图像编码 k l tk a r h u n e n l 0 6 v et r a n s f o r m 卡淳南列维变换 d w td i s c r e t ew a v e l e tt r a n s f o r m 离散小波变换 d s p d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r数字信号处理器 f p g af i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y 现场可编程门阵列 s p i h ts e tp a r t i t i o n e di nh i e r a r c h i c a lt r e e 分层树集合分裂 p c a p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s主分量分析 l p v q l o c a l l yo p t i m i z e dd e s i g n o fap a r t i t i o n e dv e c t o r局部最优分组矢量量化 q u a n t i z a t i o n d p c md i f f e r e n t i a lp u l s ec o d em o d u l a t i o n 差分脉冲编码调制 t c mt r e l l i sc o d em o d u l a t i o n 网格编码调制 t c q t r e l l i sc o d eq u a n t i z a t i o n 网格编码量化 i c a i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s独立分量分析 d c a d y n a m i cc l u s t e r i n ga l g o r i t h m 动态聚类算法 i s o d a t al t e r a t i v es e l f - o r g a n i z i n gd a t aa n a l y s i st e c h n i q u e s 循环自组织数据分析技术 a l g o r i t h m e n v it h ee n v i r o n m e n tf o rv i s u a l i z i n gi m a g e s 可视图象环境 g eg e o m e t r i ce n d m e m b e r 几何端元 p p i p u r i t yp i x e li n d e x纯净像元指数 m s tm i n i m u ms p a n n i n gt r e e 最小生成树 j p e gj o i n tp i c t u r ee x p e r tg r o u p 联合图像专家组 m s em e a ns q u a r ee r r o r 均方误差 第v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 r m s er o o t m s e 均方根误差 s n r s i g n a lt on o i s er a t i o 信噪比 p s n rp e a kv a l u es n r 峰值信噪比 m a dm a x i m u ma b s o l u t ed i f f e r e n c e 最大误差绝对值 p m a d p e r c e n t a g eo fm a d最大误差百分比 m a em c a na b s o l u t ee r r o r 平均误差绝对值 m s sm a x i m u m s p e c t r a ls i m i l i a r i t y最大谱向相似度 m s am a x i m u ms p e c t r a la n g l e 最大谱向角度 m s i dm a x i m u ms p e c t r a li n f o r m a t i o nd i v e r g e n c e 最大谱信息散度 s a m s p e c t r a la n g l em a p p e r 光谱角度填图 m n v q m e a n - n o r m a l i z e dv e c t o rq u a n t i z a t i o n 均值归一矢量量化 v dv i r t u a ld i m e n s i o n 虚拟维数 g s v q g a i ns h a p ev e c t o rq u a n t i z a t i o n 形状增益矢量量化 m r am u l t i r e s o l u t i o na n a l y s i s 多分辨分析 q fq u a n t i z e rf u n c t i o n s量化函数 s t ds m a l lt a r g e td e t e c t i o n 小目标检测 a t g pa u t o m a t i ct a r g e tg e n e r a t i o np r o c e s s 自动目标生成 u o s p u n n s u p e r v i s e do r t h o g o n a ls u b s p a c ep r o j e c t i o n非监督正交子空间投影 m dm a x i m u md i s t a n c ee n d m e m b e re x t r a c t i o n 最大距离( 端元提取) c e mc o n s t r a i n e de n e r g ym i n i m u m 约束最小能量算子 o w c e m o r t h o g o n a ls u b s p a c ep r o j e c t i o nw e i g h tc e m 正交子空间投影加权c e m b s sb l i n ds o u r c es e p a r a t i o n 盲源分离 m n fm i n i m u mn o i s ef r a c t i o n 最小噪声分离 i di n t r i n s i cd i m e n s i o n a l i t y 本征维数 g l r tg e n e r a ll i k e l i h o o dr a t i o nt e s t 广义似然比检验 m v em i n i m u mv a r i a n c ee s t i m a t o r 最小方差估计 第v i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蕴! 坌笙 日期砷年占月，2 日 学位论文版权使用授权书 本文完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本文授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期) 。7 年月2 日 日期a 形7 年g 月f 乱日惫 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第一章绪论 高光谱遥感技术( h y p e r s p e c t r a lr e m o t es e n s i n g ) 是2 0 世纪8 0 年代兴起的新 型对地观测技术。这一技术将确定物质或地物性质的光谱与把握其空间和几何关 系的图像革命性地结合在一起【l l ，光谱连续特点使其获取数据提供了丰富的地物细 节，在海洋遥感、植被研究、精细农业、地质勘察、大气和环境遥感以及军事侦 察方面获得了广泛的应用，并显示出巨大潜力【2 j 。高光谱地物分类( m a t e r i a l c l a s s i f i c a t i o n ) 、目标检测( t a r g e td e t e c t i o n ) 和异常检测( a n o m a l yd e t e c t i o n ) 技术是高光谱遥感应用的核心技术，通常可以归结为高维特征空间的信息提取。 目前，国内外的成像光谱仪还是以航空机载为主，携带更高光谱分辨率和空间分 辨率成像光谱仪的卫星会陆续发射。 在高光谱遥感技术发展过程中，限制光谱数据应用的一个瓶颈问题是：随着 波段数的不断增加，光谱成像仪获取的数据量越来越大，这给数据的存储和传输 带来了巨大的压力，尤其对于卫星数据链路，数据如果不进行有效的压缩，则无 法满足实时传输的需求。 本章从高光谱遥感技术的发展及其研究现状出发，重点阐述了论文研究的目 的和意义，对当前高光谱图像压缩技术进行了综述，最后介绍了论文的主要研究 内容和取得的研究成果。 1 1 高光谱遥感技术简介 1 1 1 高光谱遥感的基本概念 遥感( r e m o t es e n s i n g ) 是2 0 世纪6 0 年代发展起来的对地观测综合性技术。 该技术不直接接触物体而利用传感器探测地表物体的电磁波谱特性，了解物体的 自然状态、特征或演化的过程。作为人类获取信息的重要手段，遥感在现代高科 技中占有重要地位，也是当今最为活跃的科技领域之一。 遥感技术的发展一直伴随着两方面的进步：一是通过减小遥感器的瞬时视场 角( i n s t a n t a n e o u sf i e l do fv i e w ，i f o v ) 而提高遥感图像的空间分辨率( s p a t i a l r e s o l u t i o n ) ；二是通过增加波段数量和减小每个波段的带宽，来提高遥感图像的 光谱分辨率( s p e c t r a lr e s o l u t i o n ) 。 2 0 世纪8 0 年代开始建立成像光谱学( i m a g i n gs