第32卷，第4期 2012年4月
谱学与光谱分析光
Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.4.pp1132-1136
April,2012
凸面光栅成像光谱仪图像数据实时压缩技术
刘仲川1.2，巴音贺希格，崔继承"，唐玉国1 1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033 2.中国科学院研究生院，北京100049
摘要凸面光栅成像光谱仪图像数据量巨大，给数据的传输和存储带来了压力，因此要对图像数据进行实时压缩。首先根据成像原理对图像数据的特点进行了分析，得出去除空间相关性和谱间相关性的压缩途径；然后，进行了压缩算法分析，提出了在谱间进行一阶线性预测、谱内进行JPEG2000压缩的三维压缩方案；最后，设计了基于FPGA十ADV212的实时压缩系统，其中FPGA用于逻辑控制和预测算法实现， ADV212用于JPEG2000压缩。分析结果表明：该系统具备无损和有损压缩能力，能够实现图像数据实时压缩。
关键调成像光谱仪；阶线性预测；JPEG2000；ADV212；实时压缩
中图分类号：TN919.81
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)04-1132-05
“娣娥一号"的系统仍然采用的基于FPGA实现的DPCM算法[2]。因此，进行成像光谱仪图像数据实时压缩研究具有重
成像光谱技术结合了成像技术和光谱技术，在获取地物空间信息的同时，还为每个像元提供儿十个至几百个窄波段光谱信息。成像光谱仪输出的图像数据同时包含空间信息和光谱信息，这使得图像数据率往往达到儿百Mbps，如我国研制的C-HRIS数据率达到了346Mbps、美国研制的 OrbView数据率高达980Mbps。遥感器的信道传输能力一般小于300Mbps，这要求成像光谱仪图像数据只有进行压缩才能进行传输。此外，不同的应用领域对压缩的要求不同，如军事侦查要求实时传输，但对压缩质量要求不高，适合进行高压缩比的有损压缩；资源探测对实时传输要求不高，但对压缩质量要求较高，适合进行低压缩比的无损压缩。
图像压缩算法大致经历了三代的发展：第一代是以 DPCM为代表的预测编码算法；第二代是以DCT为代表的变换编码算法；第三代是以DWT为代表的变换编码算法。普通遥感图像是二维空间数据，直接进行二维压缩即可。而成像光谱仪图像数据是三维数据，只有在空间和光谱维上进行三维压缩才能实现有效压缩，这适合多种压缩相结合的压缩方案。在算法应用和硬件系统方面，我国与国外有较大差距，如NASA于2000年发射的EO-1所携带的成像光谱仪采用了基于AISC实现的RICE算法，面2007年搭载在
收稿日期：2011-09-04，修订日期：2011-12-05
要意义。
本文以中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制的凸面光栅成像光谱仪为研究对象，以实现图像数据实时压缩为研究目的。首先根据该成像光谱仪的成像原理对图像数据的获取及其特点进行深人分析；其次，根据分析结果提出了在谱间进行一阶线性预测、谱内进行JPEG2000压缩的三维压缩方案，并针对该方案设计了基于FPGA十ADV212的实时压缩系统。最后对该系统的性能进行了分析。
凸面光栅成像光谱仪 1.1成像原理
凸面光栅成像光谱仪由前置光学系统和凸面光栅分光系统组成，二者通过狭缝有机的连结起来。其中分光系统采用了由两个凹球面反射镜和一个凸面光栅组成的Offner同心光学系统，这使得分光系统具有成像质量好、结构简单、性能稳定等优点[3]。
该成像光谱仪属于面阵CCD推扫型成像光谱仪，光谱范围为400~800nm，光谱通道数为198，光谱分辨率为3 nm，空间分辨率为1mrad。CCD像元数为1004×1004，像元尺寸为7.4m×7.4m，由于光学系统的像面尺寸为4.4
基金项目：国家自然科学基金项目（60478034)，国家创新方法工作专项项目（2008IM040700)，国家重大科研装备研制项目（ZDY2008-1)，吉
林省重大科技攻关项目(09ZDGG005)及吉林省科技支撑计划项目(20106011)资助
作者简介：刘仰川，1987年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所硕士研究生万方数据
e-mail:liuyangchuan2006@163.com