面向太阳全日面磁场图像的无损压缩算法及关键技术研究

发布时间：2020-06-28 09:49

【摘要】：本论文的研究内容是针对太阳全日面磁场图像设计并实现一种无损压缩算法,该研究是“先进天基太阳天文台(ASO-S)背景型号研究”项目的一部分。目前,“先进天基太阳天文台(ASO-S)背景型号研究”获批中国科学院空间科学战略性先导科技专项,旨在研制和发射一颗太阳探测卫星,通过拍摄太阳全日面磁场图像研究太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射三者之间的关系。由于传输资源限制,高质量天文图像的数据回传又是一大难题。本研究针对高质量太阳图像进行无损压缩,而后再进行数据传输。目前,天文图像压缩领域大部分采用JPEG2000和小波变换等算法进行压缩,其中不乏涉及量化的有损压缩,这对于天文研究是不利的。另外,基于软件编程的压缩方式速度慢、效率低,不如采用硬件电路实现无损压缩的方式速度快。所以,进行针对太阳全日面磁场图像的专用无损压缩算法研究,并使用电路实现是非常有必要的。本文主要研究工作和成果主要分为以下几点:(1)对现有的无损压缩方法关于太阳全日面磁场图像的压缩比进行研究,在对市面上通用的几款压缩软件对于该图像的压缩测试中,最大压缩比为2.053。(2)在MATLAB平台上对图像的特征进行分析,以压缩软件中常用的Huffman无损压缩编码为基础,对图像进行预处理方法的研究。通过研究,得到适用于图像间的同通道相减预处理方法和适用于同一幅图像内的分块逐个像素相减预处理方法。(3)基于RICE算法编写针对太阳磁场图像的无损压缩算法,并在MATLAB平台上进行软件实现。此改进的专用无损压缩算法对于太阳图像的压缩比优于市面上通用软件对于太阳图像的压缩比,对单幅图像的压缩比最大可达2.084。(4)将无损压缩算法在FPGA开发板上借助Verilog语言进行硬件实现,并对算法进行结构优化,减少了占用面积和功耗。算法通过了逻辑仿真及硬件验证,最大工作频率可达40.15MHz,满足目前项目的设计要求。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P182;V474.1

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本文编号：2732869