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图像压缩对影像匹配精度影响的研究 ·183· 图像压缩对影像匹配精度影响的研究 叶 勤 陈鹰 (同济大学遥感技术应用研究中心，上海200092) 摘要；本文在简要分析图像压缩方法以及影像匹配原理的基础上，对低空(离地面lOkm左右)飞行 时利用CCD对地扫描获得的图像和SPOT卫星的全色图像进行压缩处理．并对结果进行匹配试 验。将利用原图像对匹配的结果与经过压缩处理后的图像对匹配的结果进行比较．阱分析讨论图 像有损压缩对影像匹配结果的影响，通过试验得出了具体的结论： 关键词：图像压缩影像匹配压缩率峰值信噪比 一、引 言 随着遥感技术的发展，越来越多的卫星传感器发射上天，使得所获得的遥感影像数据量急 剧增加，为了存储及管理这些海量数据，在很多遥感影像信息系统中都应用了图像压缩技术． 很多商用图像处理软件包括有图象压缩功能。根据图像压缩方法在解压缩后对信息的复原程 度可将压缩方法粗分为：有损压缩与无损压缩。无损压缩由于对信息投有损失自然是一种较好 的方法，然而该方法的压缩率低，因此在很多情况下人们仍然只能采用有损压缩的方法，它包 括：准无损与失真压缩技术。 图象有损压缩的方法很多，在过去，图象压缩方法主要是应用于视频信号的压缩传输，因 此对压缩方法的评价侧重于该方法的耗时情况以及对解压缩图像的目视感觉，主要是一些定 性的描述。在摄影测量与遥感界．通过探讨压缩图像质量的衰减程度，已有了对JPEG压缩方 法对摄影测量点定位精度的影响的研究…，以及对遥感影像分类精度的损失研究01，和从压缩 图像中提取线特征精度的变化情况研究o]。 本文试图对影像匹配方法，通过不同压缩率和不同峰值信噪比的待匹配影像(遥感卫星影 像与航空影像)的试验，分析这种情况下匹配精度的变化，探讨图像压缩对于匹配精度的影响， 研究压缩算法对影像质量的影响。在文中主要试验了两种压缩方法：JPEG压缩与小波压缩， 着重探讨了在多大峰值信噪比的情况下可以保证匹配的精度。 二、图像压缩原理 图像压缩是由于对于连续灰度影像，相邻像元可以相互表示，利用一定的算法消除其相关 性来减少表达像元所需的bit位数，从而达到减少图像数据量的目的。对图像压缩技术人们已 有了较长时间的研究，有了不少成熟的方法如：JPEG、分形、小波等压缩技术。 1．JPEG压缩 Experts ／PEG压缩是JointPhotographicGroup的缩写。它已作为国际标准广泛隹用“：， 它有4种编码模式；顺序编码、渐进编码、无损编码和分层编码。常用的是基于顺序编码模式的 ·184· 中国遥感奋进创新二十年学术论文集 基线顺序编码压缩算法，其压缩的原理是使用离散余弦变换(DCT)算法将图像转换到频率 域，根据实际需要采用适当的量化矩阵，滤去大量不重要的变换系数，基本过程为： 首先将待压缩图像分成8X8的子图像块，然后对每一子图像块独立的进行离散余弦变换以 得到一组变换系数，再进行“量化”，即将该系数与一预先给定的正则矩阵的对应元素相除并取最 接近的整数值得到一组正则化系数；通过上面的处理使得图像的灰度值大大减步，产生大量的0 元素；最后对正则化系数进行霍夫曼编码得到压缩图像。解压缩的方法正好是一个逆过程。 在JPEG压缩处理过程中，正则矩阵的不同会影响压缩结果，对正则矩阵进行放大缩小 时，压缩结果的数据量也会相应变大变小，由此也影响了图像的压缩率与质量。一般对正则矩 阵进行变换的缩放系数称为JPEG图像压缩的质量因子Q，Q变太，则压缩率增大，而此时图 像质量会下降。 2．小波压缩 小波变换因具有多尺度的特性已广泛应用于信号与图像处理领域，小波压缩是根据小波 分解后得到的分解影像包含的4个分量的特点；其中的低频分量，集中了原图大部分的能量而 大小比原图小很多，在竖直、水平及对角线方向的分量(高频分量)小波变换系数平均值趋向于 0。对小波分解图进行分析，不管其原始影像如何，小波变换后影像的灰度直方图都呈单峰对称 形状，均值趋近于定值，平均标准偏差小于9个灰