Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, National Engineering Research Center of Visual Technology, Beijing, China
2 Hangzhou Dianzi University, School of Automation, Hangzhou, China
3 Medical School of Nanjing University, Nanjing, China
4 Hangzhou Dianzi University, School of Communication Engineering, Hangzhou, China
5 Lishui Institute of Hangzhou Dianzi University, Lishui, China
Light-field fluorescence microscopy (LFM) is a powerful elegant compact method for long-term high-speed imaging of complex biological systems, such as neuron activities and rapid movements of organelles. LFM experiments typically generate terabytes of image data and require a substantial amount of storage space. Some lossy compression algorithms have been proposed recently with good compression performance. However, since the specimen usually only tolerates low-power density illumination for long-term imaging with low phototoxicity, the image signal-to-noise ratio (SNR) is relatively low, which will cause the loss of some efficient position or intensity information using such lossy compression algorithms. Here, we propose a phase-space continuity-enhanced bzip2 (PC-bzip2) lossless compression method for LFM data as a high-efficiency and open-source tool that combines graphics processing unit-based fast entropy judgment and multicore-CPU-based high-speed lossless compression. Our proposed method achieves almost 10% compression ratio improvement while keeping the capability of high-speed compression, compared with the original bzip2. We evaluated our method on fluorescence beads data and fluorescence staining cells data with different SNRs. Moreover, by introducing temporal continuity, our method shows the superior compression ratio on time series data of zebrafish blood vessels.
light-field microscopy lossless compression phase space entropy judgment 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036005
作者单位
摘要
1 中国科学院 国家空间科学中心, 北京0090
2 中国科学院大学, 北京100190
3 国家电网有限公司大数据中心, 北京10001
自适应递归最小二乘滤波器具有预测准确、收敛速度快的特点,该滤波器被多种高光谱图像无损压缩方案作为重要组成部分。然而传统递归最小二乘滤波器无法快速找到每个谱带的最优预测长度,其压缩方案的性能有待提升。针对该问题,本文提出基于格型递归最小二乘滤波器组的高光谱图像压缩方案。首先,该方案使用单边高斯预测器对待测像素点做谱带内预测,去除图像的空间相关性。其次,采用格型滤波器组筛选出每个谱带的最优滤波器,获得预测误差。并根据格型滤波器组链式序列更新的特点,简化最优滤波器的筛选过程,大幅度降低计算复杂度。最后对预测误差做算术编码。以AVIRIS 2006高光谱图像为测试数据集,本文算法对16位校准图像、16位未校准图像的平均压缩结果分别为3.34 bits/pixel和5.61 bits/pixel。该算法在获得良好压缩结果的情况下,计算时间低于同类别的其余算法。
高光谱图像 无损压缩 递归最小二乘法 高斯预测器 格型滤波器组 hyperspectral imagery lossless compression recursive least squares Gaussian predictor lattice filter group 
光学 精密工程
2021, 29(4): 896
作者单位
摘要
1 成都理工大学 地球物理学院, 四川 成都 610059
2 四川警察学院 教务处, 四川 泸州 646000
3 四川警察学院 基础教学部, 四川 泸州 646000
4 四川师范大学 基础教学学院, 四川 成都 610068
针对传统递归最小二乘预测器的预测精度与谱间相关程度存在较强相关性及其对预测顺序较为敏感的特点, 提出一种基于自适应波段选择和最佳预测顺序的高光谱图像无损压缩方法。首先, 为了提高参考波段与待预测波段间的谱间相关性, 以最大谱间相关系数为准则进行波段重排预处理, 接着引入自适应波段选择策略从已预测波段集中选出与待预测波段存在最高相关性的多个波段作为参考波段。然后, 以最小预测残差熵为准则选出最佳预测顺序模式进行谱间预测。最后, 采用算术编码器对预测残差进行熵编码。在AVIRIS 2006数据集上的实验结果显示, 该方法在16位校正图像、16位未校正图像和12位未校正图像上分别取得了3.314, 5.594和2.395 bpp的压缩效果。该方法在几乎不增加计算复杂度的情况下有效提高了传统递归最小二乘预测器的预测精度, 其最佳压缩效果接近或优于其他同类方法。
高光谱图像 无损压缩 递归最小二乘法 波段重排 自适应波段选择 最佳预测顺序 hyperspectral image lossless compression recursive least-squares bands reordering adaptive bands selection optimal prediction sequence 
光学 精密工程
2020, 28(7): 1609
孙静 1,2张湧 1,3,*张祎 1,2胡麟苗 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
红外视频广泛用于侦测、监控,在安全领域发挥重要作用。针对红外视频存储所需空间大,不便于传输等问题,本文提出针对红外视频的多预测模式无损压缩算法。首先分解红外视频为序列帧并对各帧图像分块,通过对时间和空间去相关预测;对预测获取的残差进行计算,对于依旧存在相关性的残差进行二次预测,对每个子块选择最优预测器;对处理好的残差进行熵编码,完成本算法。对多个红外视频分别使用本文算法、Gzip算法、LOCO-I算法进行比较,结果表明本文算法可以获得更高的压缩比,有效改善红外视频存储问题,实现高效信息的传输。
无损压缩 冗余信息 时间预测 多预测 熵编码 lossless compression, redundant information, tempo 
红外技术
2019, 41(12): 1100
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
楔形滤光片型光谱成像仪具有无运动部件、 低光机复杂度等优点, 是低成本微型化光谱成像仪的一个重要发展方向。 不同于传统色散型光谱成像仪, 楔形滤光片型光谱成像仪获取的数据是光谱-空间混合调制的图像。 针对直接应用CCSDS123进行楔形滤光片型光谱成像仪数据压缩时压缩比较低的问题, 结合楔形滤光片型光谱成像仪“谱像混合”、 “推扫成谱”的特点, 通过定义新的局部差向量, 构建了一种低运算复杂度适合硬件实现的快速无损压缩方法WCCSDS123。 新的局部差向量中参与计算的像元集合代表的是同一被观测点的光谱信息。 WCCSDS123方法首先利用局部和与改进的局部差向量对采样点的值进行预测, 再利用预测值与真实值计算预测残差并对其进行整数映射, 最后采用采样自适应熵编码对映射预测残差进行编码完成压缩。 在6组楔形滤光片型光谱成像仪数据上分别采用WCCSDS123和CCSDS123进行了压缩实验。 实验结果表明, 与CCSDS123相比, WCCSDS123的压缩比提高了约21.62%, 压缩耗时没有明显差异。 因此, 该方法在提高压缩比同时, 继承了CCSDS123复杂度低, 易于硬件实现的优点。 该方法WCCSDS123具有较低的计算复杂度, 能够更加有效地利用空间光谱冗余信息, 获得更好的压缩效果, 是针对楔形滤光片型光谱成像仪的一种良好的快速无损数据压缩方法。
楔形滤光片 光谱成像仪 无损压缩 局部差向量 Wedge filter Spectral imager Lossless compression CCSDS123 CCSDS123 Local difference vector 
光谱学与光谱分析
2019, 39(1): 297
作者单位
摘要
1 中国科学院大学,北京 100049
2 中科院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
经计算证明了风云四号气象卫星上的干涉仪所采集的三维数据立方体在时间维上更容易取得高无损压缩比,于是决定以时间维上的单帧干涉数据为单位进行无损压缩的探索。结合干涉数据在时间维上的相关性特点,提出一种新的无损压缩算法。该算法根据干涉数据的各段特点,分别进行矢量量化和线性预测以此来进行压缩,采用MATLAB 对实际采集数据进行仿真试验后可得,新方法最终取得的无损压缩比比直接进行Huffman 编码所得的压缩比提高了10%~20%。
无损压缩 干涉图 矢量量化 线性预测 压缩比 lossless compression interferogram Vector quantization(VQ) Linear prediction(LP) compression ratio(CR) 
红外技术
2018, 40(7): 642
作者单位
摘要
1 南阳理工学院 计算机与信息工程学院,河南 南阳 473000
2 河南师范大学新联学院 公共教学部,河南 郑州 450000
3 第三军医大学 生物医学工程系,重庆 410038
有效的星载超光谱图像压缩技术对于解决超光谱图像实时传输极为重要。针对超光谱图像传统的联合编解码算法的不足,提出了一种基于分布式信源编码(Distributed Source Coding,DSC)的超光谱图像无损压缩算法。为利用超光谱图像的局部空间相关性,将超光谱图像进行分块处理;引入多元线性回归模型构建编码块的边信息,并为每个编码块选取最优的预测阶数,以有效利用超光谱图像的局部谱间相关性。根据(n,k)线性分组码的原理,通过多元陪集码实现超光谱图像的分布式无损压缩。实验结果表明:该算法能够取得较好的无损压缩性能,同时具有较低的编码复杂度,适合星载超光谱图像的压缩实现。
超光谱图像 无损压缩 分布式信源编码 hyperspectral imagery lossless compression distributed source coding 
红外与激光工程
2016, 45(3): 0323003
作者单位
摘要
中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
为了解决空间遥感凝视型探测器获取的数据量巨大的问题,研究了红外图像的无损压缩。经比较,JPEG2000 国际标准压缩算法具有较好的压缩性能且有相应的ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)芯片易于系统实现。本文对连续的红外图像序列的空间和时间相关性进行了分析,以此为基础提出了一种基于预测和JPEG2000 算法相结合的无损压缩方案,并以ASIC 和FPGA 为平台实现了一个复杂度低、性能高的实时无损压缩系统。对不同复杂程度的源图像进行的压缩实验表明,该系统能够实现连续红外图像平均无损压缩比4.516,与JPEG2000 标准算法相比,无损压缩比提高了59%以上。
红外图像 空间相关性 时间相关性 线性预测 无损压缩 infrared image spatial correlation inter-frame correlation linear prediction JPEG2000 JPEG2000 lossless compression 
红外技术
2016, 38(2): 0144
作者单位
摘要
吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
针对基于单波段预测的高光谱图像无损压缩压缩比低的问题, 提出基于上下文窗口中反向搜索的高光谱图像无损压缩算法。首先, 对待测像素设定上下文窗口,计算其预测参考值并进行反向搜索预测得到待测像素的候选预测值。然后, 选取与预测参考值最接近的候选预测值作为待测像素的最终预测结果。最后, 对预测残差图像进行一阶算术编码完成压缩过程。利用提出的算法对AVIRIS 1997高光谱图像进行了实验, 结果显示, 提出的算法通过对上下文窗口、等效系数和有效像素阈值的优化取值, 使反向搜索预测的效果达到最好, 经过算术编码器编码后, 可以得到一个3.63倍的平均压缩比。 该方法具有较低的算法复杂度和内存需求, 优于当前已报道的基于单波段预测的其他各种高光谱图像无损压缩算法。
高光谱图像 无损压缩 反向搜索 预测压缩 上下文窗口 hyperspectral image lossless compression backward search predictive compression context window 
光学 精密工程
2015, 23(8): 2376
张宁 1,*冯书谊 1濮建福 1沈霁 1[ ... ]张雷 2
作者单位
摘要
1 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
2 沈阳航空航天大学, 辽宁 沈阳 110013
基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS-123.0-B-1)推荐的多光谱图像无损压缩算法, 提出了一种前向自适应调整量化步长的码率控制方法以实现定码率近无损压缩。介绍了CCSDS标准的预测方法, 分析了Golomb-Rice编码的上界与下界的范围。通过分析预测误差均值与压缩比的对应关系, 建立了均值与压缩比之间近似线性映射曲线。根据预测误差均值, 前向自适应估计量化步长, 初步控制Golomb-Rice码长。考虑到星载条件下多光谱图像码率控制策略, 通过压缩比反馈微调量化步长, 实现压缩码率的精确控制。最后总结了CCSDS多光谱近无损压缩码率控制流程。实验结果表明, k值(Golomb编码变量)的分布区域稳定, 在4∶1压缩时, 本文方法的峰值信噪比(PSNR)平均为60.42 dB, 比单谱段JPEG2000、差分JPEG-LS压缩等方法提高了5.51 dB和2.89 dB。实验显示本文方法码率控制准确, 易于硬件实现, 适合航天工程使用。
多光谱图像 遥感图像 近无损压缩 空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准 码率控制 multispectral image remote sensing image nearly lossless compression standard of Consultative Committee for Space Data code rate control 
光学 精密工程
2015, 23(6): 1783

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