專利名稱：基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及圖像壓縮技術(shù)，具體地說，是一種基于光學曲線波(Curvelet)變換的圖像壓縮系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當今人類社會已進入信息社會，圖像是信息社會中傳遞信息的重要載體之一。但是，通常獲得的原始圖像的數(shù)據(jù)量是極大的，在現(xiàn)有的通信能力下，如果不經(jīng)過壓縮，無法完成大量圖像信息的實時傳輸，圖像高速傳輸和存儲所需要的巨大容量已成為推廣其通信的最大障礙。圖像壓縮就是把原來較大的圖像用盡量少的字節(jié)進行表示。利用圖像壓縮， 可以減輕圖像存儲和傳輸負擔，使圖像在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)快速傳輸，在存儲時可減少空間使用。 圖像壓縮已被廣泛地應(yīng)用于視頻監(jiān)控、手機彩信、數(shù)字電視、多媒體通信、小區(qū)安防等眾多領(lǐng)域。小波變換是圖像壓縮的有效工具，它能針對圖像的特定頻率成分進行處理，并很好地反映信號的零維奇異特征，已被成功地應(yīng)用于圖像壓縮中。但是，常用的二維小波是由兩個一維小波的張量積形成，其方向選擇性有限，且各向同性，難以很好地表示圖像的邊緣、輪廓和紋理等具有高維奇異性的幾何特征。曲線波變換具有更好的方向辨識能力，對圖像的邊緣，如曲線、直線等集合特征的表達更加優(yōu)于小波。它將小波的優(yōu)點延伸到高維空間，能夠更好地刻畫高維信息的特征，更適合應(yīng)用于圖像壓縮中，提高圖像壓縮的效率。但是，目前基于電學數(shù)值計算的曲線波變換應(yīng)用時龐大的計算量制約了其應(yīng)用的進一步推廣，基于電學曲線波變換的圖像壓縮技術(shù)具有壓縮速度慢的顯著缺點，難以滿足圖像壓縮的實時性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，可以提高圖像壓縮的速度。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是
一種基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，包括光學曲線波變換模塊和第四計算機， 其中所述第四計算機包括量化模塊和編碼模塊，
所述光學曲線波變換模塊中氦氖激光器位于針孔濾波器前方15 20cm處，針孔濾波器位于準直透鏡的前焦面處，所述準直透鏡后方20 25cm處安裝分光器，所述分光器后方20 25cm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器，所述第一電尋址空間光調(diào)制器位于第一傅里葉透鏡的前焦面處，所述第一傅里葉透鏡的后焦面處安裝第二電尋址空間光調(diào)制器， 所述第二電尋址空間光調(diào)制器位于第二傅里葉透鏡的前焦面處，所述第二電尋址空間光調(diào)制器右上方安裝第二傅里葉透鏡，所述第二傅里葉透鏡的后焦面處安裝CXD ((XD =Charge Coupled Device,電荷耦合裝置)光電耦合器件；所述分光器下方100 120cm處安裝平面反射鏡；所述氦氖激光器、針孔濾波器、準直透鏡、分光器、第一電尋址空間光調(diào)制器、第一傅里葉透鏡、第二電尋址空間光調(diào)制器在同一軸線上；所述平面反射鏡、第二電尋址空間光調(diào)制器、第二傅里葉透鏡、CXD光電耦合器件在同一軸線上；所述平面反射鏡的位置要保證所述分光器分出的平行光經(jīng)所述平面反射鏡反射后入射到所述第二電尋址空間光調(diào)制器上；所述第一電尋址空間光調(diào)制器用電纜與第一計算機相連接，第二電尋址空間光調(diào)制器用電纜與第二計算機相連接，CCD光電耦合器件用電纜與所述第三計算機相連接，所述第三計算機用電纜與所述第四計算機相連接；
氦氖激光器通過針孔濾波器和準直透鏡形成平行光，經(jīng)分光器透射在第一電尋址空間光調(diào)制器上，由第一計算機控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調(diào)制器上，通過第一傅里葉透鏡實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，在第一傅里葉透鏡后焦面處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機控制將頻域形式的曲線波濾波器加載到第二電尋址空間光調(diào)制器上，在所述第二電尋址空間光調(diào)制器上完成輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘，由分光器將平行光分路到平面反射鏡，調(diào)整平面反射鏡的位置，使分光器分路來的平行光經(jīng)平面反射鏡反射后入射到第二電尋址空間光調(diào)制器上，通過第二傅里葉透鏡實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘結(jié)果的傅里葉變換，從而得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果；
由第三計算機控制CCD光電耦合器件采集所述輸入圖像的曲線波變換結(jié)果，并讀入所述第三計算機；
將輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果經(jīng)所述第四計算機中所述量化模塊進行帶死區(qū)的均勻量化，得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果；
將輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果經(jīng)所述第四計算機中所述編碼模塊進行位平面自適應(yīng)算術(shù)編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結(jié)果。其中所述氦氖激光器的輸出功率為80-100mw，偏振比為1000 :1，發(fā)散角 ^ 0. 5mrad ；所述針孔濾波器的針孔直徑為IOMm ；所述準直透鏡的焦距為400mm，孔徑直徑為IOOmm ；所述分光器的分光角度為45-90度；所述第一、第二電尋址空間光調(diào)制器的分辨率為IOMX 768，液晶尺寸為14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸為14MmX 14Mm，刷新頻率為60Hz， 對比度為400 :1，最高透射率為21% ；所述第一、第二傅里葉透鏡的焦距為400mm，孔徑直徑為100mm;所述C⑶光電耦合器件的輸出圖像最大分辨率為3456 X 2304，感光元件尺寸為 22. 2mmX14. 8 mm。本發(fā)明還提供一種基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，用于視頻監(jiān)控、手機彩信、數(shù)字電視、多媒體通信、小區(qū)安防的用途。本發(fā)明的工作原理如下
根據(jù)光學曲線波變換系統(tǒng)的原理實現(xiàn)輸入圖像的曲線波變換，氦氖激光器通過針孔濾波器和準直透鏡形成平行光，經(jīng)分光器透射在第一電尋址空間光調(diào)制器上，由第一計算機控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調(diào)制器上，通過第一傅里葉透鏡實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，在第一傅里葉透鏡后焦面處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機控制將頻域形式的曲線波濾波器加載到第二電尋址空間光調(diào)制器上，在這里完成輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘，由分光器將平行光分路到平面反射鏡，調(diào)整平面反射鏡的位置，使分光器分路來的平行光經(jīng)平面反射鏡反射后入射到第二電尋址空間光調(diào)制器上，通過第二傅里葉透鏡實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘結(jié)果的傅里葉變換，由第三計算機控制CCD光電耦合器件采集輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘結(jié)果的傅里葉變換結(jié)果，即輸入圖像的曲線波變換結(jié)果，并讀入第三計算機。對于采集到的輸入圖像的曲線波變換結(jié)果，采用帶死區(qū)的均勻量化方法進行量化，帶死區(qū)的均勻量化最重要的是量化步長的確定，設(shè)低頻分量系數(shù)矩陣，量化后矩陣
d不力，量化步長，則量化公式為
其中，，為分量采樣的比特精度，為增益。對輸入圖像曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果，采用位平面自適應(yīng)算術(shù)編碼進行編碼。在編碼時首先按位平面的重要程度從最高有效位平面開始到最低有效位平面依次編碼，這些位平面從具有非零元素的最重要的位平面開始到最不重要的位平面為止。位平面中的每一個系數(shù)位以下列三種編碼過程之一進行編碼顯著性傳播過程(significance propagation pass, SP) > fil (magnitude refinement pass, MP)禾Pi青除 禾呈 (cleanup pass，CP)。每一個系數(shù)比特只會在三個編碼過程中的一個編碼過程中被編碼。 掃描順序按照從上到下、從左到右的方式。而具體到每一個位平面則采用了一個條帶的掃描方法，以四行為一條，從上往下完成一個位平面的掃描。每個條帶內(nèi)，在每列中自上而下掃描，各列由左到右掃描。對位平面編碼的結(jié)果進行自適應(yīng)算術(shù)編碼，算術(shù)編碼將整個源符號序列映射為單個碼字，一個自適應(yīng)的二值算術(shù)編碼器接收符號序列中的符號和相應(yīng)的估計概率，輸出壓縮碼流，其中自適應(yīng)的含義是根據(jù)當前符號和已編碼符號來更新概率估計。對于利用本發(fā)明提出的方法得到的圖像壓縮結(jié)果，利用計算機通過數(shù)值計算的方法實現(xiàn)對圖像壓縮結(jié)果的解壓縮。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點
(1)基于光學方法實現(xiàn)曲線波變換，具有光學信息處理高速、并行和大容量的特征，與電學方法相比較，提高信息處理的速度。(2)將光學曲線波變換方法應(yīng)用于圖像壓縮技術(shù)，有效提高圖像壓縮速度，促進實時動態(tài)的圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖2是本發(fā)明中該光學曲線波變換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步詳述。如圖1所示，該基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)包括光學曲線波變換模塊和第四計算機14，其中第四計算機包括量化模塊和編碼模塊，光學曲線波變換模塊的輸出端與量化模塊的輸入端連接，量化模塊的輸出端與編碼模塊的輸入端連接。實施例1 光學曲線波變換模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示，氦氖激光器1位于針孔濾波器 2前方16cm處，針孔濾波器2位于準直透鏡3的前焦面處，準直透鏡3后方22cm處安裝分光器4，分光器4后方21cm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器5，該第一電尋址空間光調(diào)制器 5位于第一傅里葉透鏡6的前焦面處，第一傅里葉透鏡6的后焦面處安裝第二電尋址空間光調(diào)制器7，該第二電尋址空間光調(diào)制器7位于第二傅里葉透鏡8的前焦面處，第二電尋址空間光調(diào)制器7右上方安裝第二傅里葉透鏡8，第二傅里葉透鏡8的后焦面處安裝CXD ((XD Charge Coupled Device,電荷耦合裝置)光電耦合器件9 ；分光器4下方IlOcm處安裝平面反射鏡10 ；所述氦氖激光器1、針孔濾波器2、準直透鏡3、分光器4、第一電尋址空間光調(diào)制器5、第一傅里葉透鏡6、第二電尋址空間光調(diào)制器7在同一軸線上；所述平面反射鏡10、第二電尋址空間光調(diào)制器7、第二傅里葉透鏡8、(XD光電耦合器件9在同一軸線上；所述平面反射鏡8的位置要保證分光器4分出的平行光經(jīng)平面反射鏡8反射后入射到第二電尋址空間光調(diào)制器7上；所述第一電尋址空間光調(diào)制器5用電纜與第一計算機11相連接，第二電尋址空間光調(diào)制器7用電纜與第二計算機12相連接，CCD光電耦合器件9用電纜與第三計算機13相連接，第三計算機13用電纜與第四計算機14連接，如圖3所示。氦氖激光器的型號為虹揚2000，輸出功率為90mw，偏振比為1000 :1，發(fā)散角 ^ 0. 5mrad。針孔濾波器的型號為SZ-52，針孔直徑為lOMffl。準直透鏡的型號為GC0-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。分光器的分光角度為90度。第一、第二電尋址空間光調(diào)制器的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為 IOMX 768，液晶尺寸為14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸為14MmX 14Mm，刷新頻率為60Hz，對比度為400 :1，最高透射率為21%。第一、第二傅里葉透鏡的型號為GC0-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。C⑶光電耦合器件的型號為Cannon EOS 350D,其輸出圖像最大分辨率為 3456 X 2304，感光元件尺寸為 22. 2mmX 14. 8 mm。實施例2與實施例1結(jié)構(gòu)及方法相同，所不同的是實施例2中氦氖激光器1位于針孔濾波器2前方18cm處，準直透鏡3后方21cm處安裝分光器4，該分光器4后方Mcm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器5，分光器4下方105cm處安裝平面反射鏡10，分光器的分光角度為80度。實施例3與實施例1結(jié)構(gòu)及方法相同，所不同的是實施例3中氦氖激光器1位于針孔濾波器2前方20cm處，準直透鏡3后方20cm處安裝分光器4，該分光器4后方25cm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器5，分光器4下方115cm處安裝平面反射鏡10，分光器的分光角度為70度。應(yīng)用光學曲線波變換模塊實現(xiàn)輸入圖像的曲線波變換，如圖2所示，氦氖激光器1 通過針孔濾波器2和準直透鏡3形成平行光，經(jīng)分光器4透射在第一電尋址空間光調(diào)制器 5上，由第一計算機11控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調(diào)制器5上，通過第一傅里葉透鏡6實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，在第一傅里葉透鏡6后焦面處形成輸入圖像的頻譜，由第二計算機12控制將頻域形式的曲線波濾波器加載到第二電尋址空間光調(diào)制器7 上，在這里完成輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘，由分光器4將平行光分路到平面反射鏡10，調(diào)整平面反射鏡10的位置，使分光器4分路來的平行光經(jīng)平面反射鏡 10反射后入射到第二電尋址空間光調(diào)制器7上，通過第二傅里葉透鏡8實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘結(jié)果的傅里葉變換，由第三計算機13控制CCD光電耦合器件9采集輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘結(jié)果的傅里葉變換結(jié)果，即輸入圖像的曲線波變換結(jié)果，并讀入第三計算機13。應(yīng)用量化模塊 對由光學曲線波變換模塊中得到的輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果進行帶死區(qū)的均勻量化，得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果，量化模塊利用第四計算機14實現(xiàn)。應(yīng)用編碼模塊對由量化模塊得到的輸入圖像曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果進行位平面自適應(yīng)算術(shù)編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結(jié)果，編碼模塊利用第四計算機14 實現(xiàn)。本發(fā)明提出一種基于光學曲線波變換的圖像壓縮方法，可用于視頻監(jiān)控、手機彩信、數(shù)字電視、多媒體通信、小區(qū)安防等眾多領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的圖像壓縮方法相比，它可以提高圖像壓縮的速度。本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，其特征在于包括光學曲線波變換模塊和第四計算機(14)，其中所述第四計算機(14)包括量化模塊和編碼模塊，所述光學曲線波變換模塊中氦氖激光器(1)位于針孔濾波器(2)前方15 20cm處， 針孔濾波器(2)位于準直透鏡(3)的前焦面處，所述準直透鏡(3)后方20 25cm處安裝分光器(4)，所述分光器(4)后方20 25cm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器(5)，所述第一電尋址空間光調(diào)制器(5)位于第一傅里葉透鏡(6)的前焦面處，所述第一傅里葉透鏡(6)的后焦面處安裝第二電尋址空間光調(diào)制器(7)，所述第二電尋址空間光調(diào)制器(7)位于第二傅里葉透鏡(8)的前焦面處，所述第二電尋址空間光調(diào)制器(7)右上方安裝第二傅里葉透鏡 (8)，所述第二傅里葉透鏡(8)的后焦面處安裝CXD光電耦合器件(9);所述分光器(4)下方 100 120cm處安裝平面反射鏡(10);所述氦氖激光器(1)、針孔濾波器(2)、準直透鏡(3)、 分光器(4)、第一電尋址空間光調(diào)制器(5)、第一傅里葉透鏡(6)、第二電尋址空間光調(diào)制器(7)在同一軸線上；所述平面反射鏡(10)、第二電尋址空間光調(diào)制器(7)、第二傅里葉透鏡(8)、(XD光電耦合器件(9)在同一軸線上；所述平面反射鏡(10)的位置要保證所述分光器 (4)分出的平行光經(jīng)所述平面反射鏡(10)反射后入射到所述第二電尋址空間光調(diào)制器(7) 上；所述第一電尋址空間光調(diào)制器(5)用電纜與第一計算機(11)相連接，第二電尋址空間光調(diào)制器(7)用電纜與第二計算機(12)相連接，CCD光電耦合器件(9)用電纜與第三計算機(13)相連接，所述第三計算機(13)用電纜與所述第四計算機(14)相連接；所述氦氖激光器(1)通過所述針孔濾波器(2)和所述準直透鏡(3)形成平行光，經(jīng)所述分光器(4)透射在所述第一電尋址空間光調(diào)制器(5)上，由所述第一計算機(11)控制將輸入圖像加載到所述第一電尋址空間光調(diào)制器(5)上，通過所述第一傅里葉透鏡(6)實現(xiàn)對輸入圖像的傅里葉變換，在所述第一傅里葉透鏡(6)后焦面處形成輸入圖像的頻譜，由所述第二計算機(12)控制將頻域形式的曲線波濾波器加載到所述第二電尋址空間光調(diào)制器 (7)上，在所述第二電尋址空間光調(diào)制器(7)上完成輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘，由所述分光器(4)將平行光分路到所述平面反射鏡(10)，調(diào)整所述平面反射鏡 (10)的位置，使所述分光器(4)分路來的平行光經(jīng)所述平面反射鏡(10)反射后入射到所述第二電尋址空間光調(diào)制器(7)上，通過所述第二傅里葉透鏡(8)實現(xiàn)輸入圖像的頻譜與頻域形式的曲線波濾波器相乘結(jié)果的傅里葉變換，從而得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果；由所述第三計算機(13 )控制所述CCD光電耦合器件(9 )采集所述輸入圖像的曲線波變換結(jié)果，并讀入所述第三計算機(13)；將輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果經(jīng)所述第四計算機(14)中所述量化模塊進行帶死區(qū)的均勻量化，得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果；將輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果經(jīng)所述第四計算機(14)中所述編碼模塊進行位平面自適應(yīng)算術(shù)編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光學曲線波變換的圖像壓縮方法，其特征在于所述氦氖激光器(1)的輸出功率為80-100mw，偏振比為1000 :1，發(fā)散角彡0. 5mrad ；所述針孔濾波器(2)的針孔直徑為IOMffl ；所述準直透鏡(3)的焦距為400mm，孔徑直徑為IOOmm ；所述分光器(4)的分光角度為45-90度；所述第一、第二電尋址空間光調(diào)制器(5、7)的分辨率為 10MX768，液晶尺寸為14. 4mmX10. 8mm，象元尺寸為14MmX 14Mm，刷新頻率為60Hz，對比度為400 :1，最高透射率為21% ；所述第一、第二傅里葉透鏡(6、8)的焦距為400mm，孔徑直徑為100mm;所述CXD光電耦合器件(9)的輸出圖像最大分辨率為3456X 2304，感光元件尺寸為 22. 2mmX14. 8 mm。
3. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，用于視頻監(jiān)控、 手機彩信、數(shù)字電視、多媒體通信、小區(qū)安防的用途。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計一種基于光學曲線波變換的圖像壓縮系統(tǒng)，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括光學曲線波變換模塊，量化模塊和編碼模塊；先將輸入圖像經(jīng)光學曲線波變換模塊實現(xiàn)曲線波變換，得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果；然后由量化模塊對輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果進行量化，得到輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果；再由編碼模塊對輸入圖像的曲線波變換的數(shù)值結(jié)果的量化結(jié)果進行編碼，得到輸入圖像的壓縮編碼結(jié)果。本發(fā)明提出的圖像壓縮方法可以用于視頻監(jiān)控、手機彩信、數(shù)字電視、多媒體通信、小區(qū)安防等眾多領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的圖像壓縮方法相比，它可以提高圖像壓縮速度。
文檔編號G02B27/10GK102289827SQ201110143378
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者余月華, 吳江洲, 姜文浩, 張博為, 蒲秀娟, 韓亮 申請人:重慶大學