适应空间信道传输的星载高光谱海岸带影像压缩编码研究

In recent years, to development the coastal economic zone, such as Bohai Sea rim, has become a national strategy. There is thus an urgent need to investigate coastal resources and to real-time monitor the environments based on hyperspectral remote sensing. However, the amount of hyperspectral image data is very huge, and the space channel is bandwidth-limited and vulnerable as well. This makes satellite-borne storage and transmission of hyperspectral images a much challenging job. The purpose of this project is to research the compression theories and methods of satellite-borne hyperspectral coastal imaging for the transmission through space channel. We plan to solve three fundamental problems, namely satellite-borne coding complexity, robustness of bit-stream transmission, and coding efficiency. By studying the case of Dalian coastal, we will analyze the characteristics of hyperspectral coastal imaging as well as the satellite-borne information processing environment. Through exploiting creative ideas and methods, we pursue a low-complexity coder, strong resistance interference ability, and high-fidelity decoding of the coastal region of interest. We plan to employ the distributed coding mechanism as the key technique, and to combine it with multiple-description keyframe coding based on region of interest and compressed sensing based WZ frame coding. When we put emphasis on the design optimization of every sub-problem, we will also pay our attention to the joint and supplement among each schemes. This project strives to explore novel theories as well as algorithms for the compression and transmission of satellite-borne hyperspectral coastal imaging.

近年来，随着环渤海等多个沿海经济区发展上升为国家战略，基于高光谱遥感的海岸带资源调查和实时环境监测的需求异常迫切。而高光谱影像的大数据量及空间信道带宽的有限性和脆弱性，使星上存储和传输高光谱影像成为一项极具挑战性的工作。本课题对适应空间信道传输的星载高光谱海岸带影像压缩的理论和方法进行研究，主要解决三方面问题：一是星上编码端的复杂性，二是压缩码流传输的鲁棒性，三是压缩编码的效率。课题的研究将以大连海岸带为实证，以高光谱海岸带影像的特性及星上信息处理的环境为依据，以追求编码端低复杂度、较强的抗信道干扰能力和对海岸带感兴趣区域的高保真度解码为目标，创新研究思路和方法。拟采取以分布式编码机制为主线、结合基于感兴趣区域的关键帧多描述编码和WZ帧的压缩感知编码策略的研究路线，在注重优化设计子问题编码方案的同时，注意各方案的衔接与补充，力图为星载高光谱海岸带影像的压缩和传输提供一种新的方法和理论依据。

近年来，随着环渤海等多个沿海经济区发展上升为国家战略，基于高光谱遥感的海岸带资源调查和实时环境监测的需求异常迫切。而高光谱影像的大数据量及空间信道带宽的有限性和脆弱性，使星上存储和传输高光谱影像成为一项极具挑战性的工作。本课题对适应空间信道传输的星载高光谱海岸带影像压缩的理论和方法进行研究，以大连海岸带为实证，以高光谱海岸带影像的特性及星上信息处理的环境为依据，以追求编码端低复杂度、较强的抗信道干扰能力和对海岸带感兴趣区域的高保真度解码为目标，创新研究思路和方法。采取以分布式编码机制为主线、结合基于感兴趣区域的关键帧多描述编码和 WZ 帧的压缩感知编码策略的研究路线。. 主要研究内容包括：一是基于高光谱特性约束的海岸带区域活动轮廓分割模型；二是基于谱间和帧内协同稀疏的高光谱影像压缩感知模型；三是高光谱影像波段帧的编码算法；四是结合前面的研究结果，针对高光谱遥感影像的高信息量和星上信息处理环境的局限性以及下行空间信道脆弱性的限制，研究基于ROI的海岸带高光谱图像分布式编码方案；五是基于非局域样本填充和自适应曲率驱动模型的高光谱遥感影像修复算法，以适应解码端后处理的需求。. 结合上述研究内容提出了相应的解决方法，取得了一系列具有创新性的研究成果，到目前为止共发表学术论文38篇，其中国外SCI 9篇，中国科学-信息科学3篇，其他国内重要的核心期刊26篇；获国家发明专利授权7项。. 本项目的研究为星载高光谱海岸带影像的压缩和传输提供了一种新的方案和理论依据，达到了预期目标，所取得的成果具有重要的理论意义和应用前景。研究成果在某些方面达到了国际先进水平，对本领域的发展具有一定参考价值。. 此外，通过该项目的执行，课题组在团队协作、试验平台的搭建、调研、将研究成果提炼为高质量科研论文以及组织研究生进行课题研究等各个方面均积累了丰富的经验，锻炼了队伍，培养了人才，为今后科研项目的研究奠定了基础。