测控技术毕业论文开题报告范文

时间:2018-09-27 开题报告 我要投稿

  1课题的意义:

  随着现代信息社会对通信业务要求的不断增长,图像通信与通信网容量的矛盾日益突出。特别是具有庞大数据量的数字图像通信,更难以传输与存储,极大地制约了图像通信的发展,已成为图像通信发展中的“瓶颈”问题[1]。图像压缩编码的目的就是要以尽量少的比特数表征图像,同时保持复原图像的质量,使它符合特定应用场合的要求。

  视频测井系统则是采用视频的手段获取井下的信息,为了减少实时传输的图像信息量,需要对图像进行压缩。而图像压缩算法就是在一定的逼真度的要求下尽可能使用最少的代码比特数来表达图像,以压缩图像的储存量,扩大传输容量,提高传输速度,从图像处理的研究中可以看到图像的象点之间有很大的相关性,因此它有很大的冗余性可以进行压缩。为此进行图像的编码与压缩具有很大的潜力。数字图像压缩不但在传输上有其重要性,而且在图像数据的存方面也越来越显出其重要性[2]。尤其是在视频测井中,它获取的信息量非常大,测每一口井都要寻取成百上千的图片,每张图片为1024*1024个像素,每个像素6到8 bit,这些图像数据要保存几年供单位索取转录。如果能压缩一半,就可以少造一栋楼房,少用一半磁带,具有很大的经济价值。当然信息量尽可能少丢失。

  图像信息压缩的可能性存在于图像本身之中,其中,明显可以利用的一点是图像各像素点之间的相关性。由于图像总是对一些物体的再现,而物体上的各像素的灰度值之间有着极大的相关性。如果把这些像素之间的关系信息提取出来,以一定的方法加以清除,那就可以压缩总的信息量。从统计的观点来说各像素之间的灰度分布远非独立的,图像的这种压缩的潜力是很大的,当前所采用的各种压缩方法离压缩的极限还很远。挖掘这种潜力将会给图像的传输和储存带来极大的方便。而挖掘这种潜力最常用的方法是JPEG2000和JPEG,JPEG2000和JPEG相比优势明显,且向下兼容,因此可取代传统的JPEG格式因而可以被更广泛的应用于互联网、彩色拷贝、打印、扫描、数字摄影、遥感、医学图像、数字图书馆、数字存档以及移动图像通信等领域。

  2国内外研究现状:

  2.1图像压缩的发展史

  1948年提出电视信号数字化后,图像压缩编码的研究工作就宣告开始了。在这项技术发展的早期,限于客观条件,仅对帧内预测法和亚取样内查复原法进行研究,对视觉特性也做了一些极为有限但可贵的研究工作。1966年J.B.O Neal对比分析了DPCM和PCM并提出了用于电视的实验数据。1969年进行了线性预测编码的实际实验。1969年举行首届图像编码会议。70年代开始进行了帧间预测编码的研究。80年代开始对运动估值和模型编码进行研究。进入90年代,ITU-T和ISO制定了一系列图像编码国际建议,如H.261、JPEG、MPEG-1、H.262、H.263、MPEG-4等。变换编码是1968年H.C.Andrews等人提出的,采用的是二维离散傅立叶变换,此后相继出现用其他变换方法的变换编码,其中包括二维离散余弦变换。虽然jpeg有很多优点,但是其他的数据格式也有他们各自的优点。比如说如果要打印图像,特别是打印高质量的图像,TIFF格式是更为合适的选择[3]。

  JPEG压缩技术可以说是所有图像压缩技术的基础。如MJPEG(Motion JPEG)就是在JPEG基础发展起来的动态图像压缩技术,它只单独的对某一帧进行压缩,而基本不考虑视频流中不同帧之间的变化。使得可获取清晰度很高的视频图像,而且可灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数。其压缩后的画面还可任意剪接。但它的缺陷也非常明显,其一,丢帧现象严重、实时性差,在保证每路都必 须是高清晰的前提下,很难完成实时压缩;其二,压缩效率低,存储占用空间较大。后来又出现了多层式JPEG(ML-JPEG)压缩技术,它采取渐层式技术,先传输低解析的图档,然后再补送更细节的压缩资料,使画面品质改善。这种方式所需的时间虽然与原先的方式一样。但由于可以先看到画面,所以使用者会觉得这种方式较好。

  而在静止图像压缩中,还有其他不少的标准正在发展。如微软今年3月份透露,该公司不久将向国际标准组织提交一个新的图片格式,并表示其新格式可以提供更高的图像质量和更好的压缩能力,即HD Photo格式[4]。微软希望能用它的格式来取代现在通用的JPEG格式。微软称,HD Photo简洁的运算法则可以减少图像在压缩过程中受到的损失,即便图片大小仅有JPEG的一半,也将具有更高的质量。这种格式此外还能够同时支持“无损”和“有损”两种图片数据压缩方法,这两种方法可以对图像质量的产生不同的效果。微软称,HD Photo可以对色平衡和曝光设置进行调节,且不会像发生其它位图格式经常遇到的数据丢失或减少现象。无论HD是否可以取代JPEG,而JPEG在数字图像压缩发展中所做出的贡献是举足重轻的

  经过几十年的发展,图像编码技术业已成熟,一些国际建议的制定极大地推动了图像编码技术的实现和产业化,从而推动图像编码技术以更快的速度发展,目前的研究方向有两个: 1.更好地实现现有的图像编码国际建议研制出集成度更高、性能更好的图像编码专用芯片,使编码系统成本更低、可靠性更高。解决好现有的图像编码系统开发中的技术问题。例如:提高图像质量、提高抗码能力等。 2.对图像编码理论和其他图像编码方法的研究目前已经提出和正在进行研究的图像编码方法有:多分辨率编码、基于表面描述的编码、模型编码、利用人工神经网络的编码、利用分形几何的编码、利用数学形态学的编码等等。目前静止图像的压缩算法以JPEG(Joint Photographic Experts Group)和JPEG2000为主。

  JPEG是第一个被广泛接受的单色和彩色静止图像压缩标准,它的名字源于“Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)”,它是由ISO/和CCITT协同工作的机构,这个机构的工作成果是ISO的国际标准ISO/IEC10918-1(连续色调静止图像的数字压缩和编码,digital compression and coding of continuous tone still images)和ITU-T的建议T.81。JPEG标准草案于1991年公布,1992年正式批准为国际标准,以后这个工作组的进一步增强和扩展形成了ISO 10918-3和ITU-T建议T.81。

  JPEG的核心算法是DCT变换编码,其压缩性能基本反映了20世纪80年代末图像压缩的技术水平。但自从JPEG制定后的近10年,许多更有效的图像压缩技术已经得到发展,如小波变换方法、分形方法、区域划分方法等。其中,发展最成熟和性能及通用性最好的静止图像压缩方法是小波变换方法[5]。正因如此,制定了第二代静止图像压缩标准,即JPEG2000,它的核心技术正是小波变换编码。其核心编解码器采用小波变换、算术编码及嵌入式分层组织,较以往的静止图像压缩标准复杂,它在同一个码流中实现了无损和有损压缩、分辨率和信噪比的累进性以及随机访问等优良特性。JPEG2000作为JPEG的升级版,其压缩率比JPEG高约30%左右,同时支持有损和无损压缩[6]。JPEG2000格式有一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输,即先传输图像的轮廓,然后逐步传输数据,不断提高图像质量,让图像由朦胧到清晰显示。此外,JPEG2000还支持所谓的"感兴趣区域" 特性,可以任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量,还可以选择指定的部分先解压缩。

  3、研究内容:

  3.1撰写合理通顺的开题报告一份;

  3.2翻译1.5万字符的英文资料;

  3.3学习MALAB图像处理软件和JPEG图像压缩算法

  3.4主要设计研究内容及关键技术

  JPEG压缩格式是目前图像处理领域里面用得最广泛的一种图像压缩方式,本毕业设计将进行就JPEG标准对测井图像进行编、解码的研究。主要内容包括:

  A.从BMP格式图像的文件中(未压缩)读出图像,并能显示。

  B.将BMP图像数据以JPEG标准压缩,保存为*.JPG文件。

  C.要求能读出jpg文件,并显示在界面上 其中,JPEG的压缩实现主要分成四个步骤:

  a.颜色模式转换及采样;

  b.DCT变换(离散余弦变换);

  c.量化;

  d.编码(有算术编码和霍夫曼编码两种,这里采用霍夫曼编码)。

  4.所采用的方法、手段以及步骤:

  本设计拟采用MATLAB来实现。程序实现的各个步骤如下:

  4.1、读取测井的BMP图像信息,获取图像行像素和列像素数值。从Cimage类中可得到Width(图像宽度)和hight(图像高度)的数值。

  4.2、得到Pwidth*Phight后便得知BMP图像的像素点大小,而数据矩阵(三基色,RGB矩阵)的大小是Pwidth*Phight*3,因为每一个像素点都含有RGB三个数据,我们要处理的是数据矩阵而不是像素点矩阵。所以,新建数组的大小是(Pwidth*3)*Phight。

  4.3、接下来,把这一个矩阵(包含BGR)拆分成三个独立的B、G、R矩阵,得到三个新的矩阵(只包含B的矩阵,只包含G的矩阵,只包含R的矩阵),简称为B矩阵、G矩阵、R矩阵(大小为Pwidth*Phight),用程序实现拆分,只要依次取原矩阵的第1、4、7、10、13......个资料即得到B矩阵,依次读取第2、5、8、11......个数据即得到G矩阵,依次读第3、6、9、12......个资料即得到R矩阵。得到B、G、R矩阵后再利用颜色转换公式很容易就可得到YCbCr矩阵。

  4.4、进行二维DCT变换

  4.5、量化

  读取Y矩阵中第一个8*8块,与量化系数矩阵中对应的相乘,得到的值覆盖回原矩阵,然后做第二个8*8块,一直到做完全部8*8块,然后做CbCr矩阵的量化,用另外一个系数矩阵。

  4.6、“之”字形扫描

  4.7、霍夫曼编码

  霍夫曼编码时必须判断一个个DC(AC)的值,以及转换成二进制代码后的码长,再去对照霍夫曼编码表进行编码,比如对一个DC值编码,首先得先判断该DC的值在哪段范围内,在某一段范围内的数值,其二进制代码长相等。并要让程序知道该DC的值到底为多少,然后才能进行编码。

  4.8、压缩过程完成以后,接下去要做的工作便是码串存贮。

  5.阶段进度计划:

  第1-3周:开题报告及翻译(三周)

  第4-6周:学习论文相关知识(三周)

  第7-8周:设计流程图(二周)

  第9-12周:各模块程序(三周)

  第13-15周:完整程序及报告(三周)

  第16周:打印版报告(一周)

  6.参考的有关文献和书籍:

  [1]赵立初,施鹏飞,俞勇,周煦潼.模板图像匹配中的亚像元定位新方法[J].红外与毫米波学报,1999,23(5):11-23.

  [2]张家田, 严正国, 胡长岭, 马虎山.井下视频成像测井技术[N].仪器仪表学报,2007,28(4):32.

  [3]刘直芳,王运琼,朱敏.数字图像处理与分析[M].北京:清华大学出版社,2006:116-143.

  [4]张旭东 卢国栋 冯健.图像编码基础和小波压缩技术——原理、算法和标准[M]北京:清华大学出版社,2004..

  [5]王耀南 李树涛 毛建旭 .计算机图像处理与识别技术[M].北京:高等教育出版社,2005:281-284..

  [6]黄贤武.数字图像处理与压缩编码技术[M].成都:电子科技大学出版社,2000:538-542..

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