一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法与流程

本发明涉及光学遥感卫星数据处理与传输系统领域，适用于配置光学载荷并实现星载压缩功能的卫星系统设计。

背景技术：

1、光学遥感卫星降交点地方时不同，太阳高度角不同，会带来地物受太阳光照条件不同，地物反射不同，星载光学探测器拍摄光照强度使得成像数据特性会有所不同。成像时刻受照条件差的载荷成像任务所获取的星载原始图像数据，图像dn值分布集中，动态范围很窄且熵值很小，不利于星上压缩算法中小波量化编码处理。

2、以10bit为例，当图像大于80％像素的dn值动态范围在300以内时，会引起星上压缩算法中小波量化编码性能下降，导致地面解压缩恢复图像质量不佳。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种在轨动态补偿方法，大大降低小波系数幅值，减少需要编码的平面数，并且预处理后的数据分布更有利于熵编码，进一步提升压缩性能。

2、本发明的技术方案为：一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，包括：

3、星上压缩前，对载荷原始图像数据进行空域预处理；

4、对预处理后的图像数据进行星上压缩处理，得到压缩码流数据并下传；

5、地面接收到星上下传的压缩码流数据后，进行解压缩以及后处理，得到最终解压缩恢复后的图像。

6、所述空域预处理，包括：通过自适应电平移位，将载荷原始图像dn值整体分布搬移到对应量化位数dn值范围中心，从而改变载荷原始图像dn值分布特性，得到预处理后的图像。

7、所述通过自适应电平移位，将载荷原始图像dn值整体分布搬移到对应量化位数dn值范围中心，包括：根据通过外部指令获取的图像量化位数参数，及预先设定的图像压缩分块大小，对载荷原始图像数据进行缓存，对缓存后载荷原始图像数据按像元dn值求和，除以像元数量，计算得出载荷原始图像块的dn值均值；根据图像量化位数和载荷原始图像块的dn值均值计算得出电平移位值，将载荷原始图像块的dn值加上电平移位值进行移位后，得到预处理后的图像块。

8、自适应电平移位指，对每一幅图像根据载荷量化位数自适应地确定其电平移位值，然后对整图进行相应的电平移位，改变星载原始图像数据特性后，对移位后图像采用星上原始压缩方法进行压缩。

9、所述对预处理后的图像数据进行星上压缩处理，得到压缩码流数据，包括：将预处理后的图像数据进行压缩，产生初始压缩码流数据；在得到的初始压缩码流帧头格式约定的位置中，插入电平移位值，得到最终的压缩码流数据。

10、所述地面接收到星上下传的压缩码流数据后，进行解压缩以及后处理，包括：对压缩码流数据进行解压缩，得到解压缩后图像；从初始压缩码流帧头格式约定的位置中，提取电平移位值，将解压缩后图像的dn值减去电平移位值，得到最终解压缩恢复后的图像。

11、当将解压缩后图像的dn值减去电平移位值时，若计算结果出现负数，将计算结果的dn值钳位到0后，得到最终解压缩恢复后的图像。

12、所述低灰度指该图像的dn值范围小于255。

13、所述窄动态范围指，压缩分块范围内图像dn值的差值范围在100-200之间。

14、本发明与现有技术相比的优点在于：

15、1、降低光学载荷卫星在轨因降交点地方时，成像时刻受光照条件影响对载荷原始图像数据分布特性的影响，提升压缩算法小波量化编码处理性能；

16、2、图像预处理过程操作简单灵活，不额外增加卫星配置资源，通过已配置星载硬件资源内部软件设计实现图像空域预处理；

17、3、不用改变原有压缩算法和协议格式，适配性强。仅需在地面完成，计算复杂度低；

18、4、自适应电平移位预处理算法灵活，可适应原始压缩方法、均值自适应电平移位法、中值自适应电平移位法、分块均值自适应电平移位、固定电平移位法。实现系统功能柔性化扩展。

技术特征：

1.一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：所述空域预处理，包括：通过自适应电平移位，将载荷原始图像dn值整体分布搬移到对应量化位数dn值范围中心，从而改变载荷原始图像dn值分布特性，得到预处理后的图像。

3.根据权利要求1所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：所述通过自适应电平移位，将载荷原始图像dn值整体分布搬移到对应量化位数dn值范围中心，包括：根据通过外部指令获取的图像量化位数参数，及预先设定的图像压缩分块大小，对载荷原始图像数据进行缓存，对缓存后载荷原始图像数据按像元dn值求和，除以像元数量，计算得出载荷原始图像块的dn值均值；根据图像量化位数和载荷原始图像块的dn值均值计算得出电平移位值，将载荷原始图像块的dn值加上电平移位值进行移位后，得到预处理后的图像块。

4.根据权利要求2或3所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：自适应电平移位指，对每一幅图像根据载荷量化位数自适应地确定其电平移位值，然后对整图进行相应的电平移位，改变星载原始图像数据特性后，对移位后图像采用星上原始压缩方法进行压缩。

5.根据权利要求1所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：所述对预处理后的图像数据进行星上压缩处理，得到压缩码流数据，包括：将预处理后的图像数据进行压缩，产生初始压缩码流数据；在得到的初始压缩码流帧头格式约定的位置中，插入电平移位值，得到最终的压缩码流数据。

6.根据权利要求4所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：所述地面接收到星上下传的压缩码流数据后，进行解压缩以及后处理，包括：对压缩码流数据进行解压缩，得到解压缩后图像；从初始压缩码流帧头格式约定的位置中，提取电平移位值，将解压缩后图像的dn值减去电平移位值，得到最终解压缩恢复后的图像。

7.根据权利要求6所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：当将解压缩后图像的dn值减去电平移位值时，若计算结果出现负数，将计算结果的dn值钳位到0后，得到最终解压缩恢复后的图像。

8.根据权利要求1所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：所述低灰度指该图像的dn值范围小于255。

9.根据权利要求1所述的一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，其特征在于：所述窄动态范围指，压缩分块范围内图像dn值的差值范围在100-200之间。

技术总结本发明针对遥感光学卫星在轨载荷成像任务时，成像时刻太阳光照条件差造成载荷原始图像灰度值DN值整体偏低、且动态范围小熵值小的特性，提供一种光学卫星载荷低灰度窄动态范围成像数据的补偿方法，包括：星上压缩前，对载荷原始图像数据进行空域预处理；对预处理后的图像数据进行星上压缩处理，得到压缩码流数据并下传；地面接收到星上下传的压缩码流数据后，进行解压缩以及后处理，得到最终解压缩恢复后的图像。本发明通过在星上图像压缩处理之前增加自适应电平移位预处理算法，对载荷原始成像数据进行补偿，自适应提高图像灰度值，使得载荷图像特性更加有利压缩算法中小波量化编码处理，进一步提升压缩性能。技术研发人员：赵妍,郑小松,韩宇,雷洋飞,李永峰,阎昆,王云龙受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/10