(57)【要約】【課題】  リモートセンシング画像データ等のデータ圧縮を行うシステムにおいて、予測符号化を用いたデータ圧縮装置を提供する。【解決手段】  人工衛星の画像センサなどより入来する新規画像データは差分器へ、人工衛星の軌道・姿勢制御装置などより入来する新規画像の位置データは予測画像生成部へ与えられる。予測画像生成部は、参照データ蓄積部から予め蓄積された位置データ付き参照画像データを取り出し、新規画像の位置データと同じ地球上の位置の参照画像データを予測画像データとして出力し差分器に与える。差分器は、予測画像データと新規画像データの全画素間の差分を算出して差分画像データを出力し、符号化器に与える。符号化器は、差分画像データをランレングス符号化方式により可変長符号化することでデータを圧縮し、符号化された差分画像データを出力する。【選択図】          図１
2006115283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リモートセンシング画像データのデータ圧縮を行うデータ圧縮装置であって、
データ圧縮時に予測子として利用される参照画像データと、この参照画像データの画素毎に対応した位置データとを保持する参照データ蓄積部と、
新規に取り込んだ新規画像の位置データと上記参照画像データとから、予測符号化の予測子に利用する予測画像データを生成する予測画像生成部と、
この予測画像データと上記新規画像データとのそれぞれ全画素間の差分をとり、この差分画像データを生成する差分器と、
符号化方式を利用して可変長符号化することにより、この差分画像データの符号量を圧縮し、符号化された差分画像データを生成する符号化器と、
を有することを特徴とするデータ圧縮装置。
【請求項２】
上記符号化器に利用する上記符号化方式は、ランレングス符号化方式、またはハフマン符号化方式、または算術符号化方式、または適応ビット割当て方式の何れかであることを特徴とする、請求項１記載のデータ圧縮装置。
【請求項３】
リモートセンシング画像データのデータ圧縮を行うデータ圧縮装置のデータ圧縮時に予測子として利用される参照画像データと、この参照画像データの画素毎に対応した位置データとを保持する参照データ蓄積部と、
新規に取り込んだ新規画像の位置データと上記参照画像データとから、予測符号化の予測子に利用する予測画像データを生成する予測画像生成部と、
符号化方式を利用して可変長符号化することにより、上記データ圧縮装置により圧縮し符号化された差分画像データを復号する復号化器と、
上記予測画像データとこの差分画像データのそれぞれ全画素間の加算をとり、再生画像データを生成する加算器と、
を有することを特徴とするデータ伸張装置。
【請求項４】
上記復号化器に利用する上記符号化方式は、ランレングス符号化方式、またはハフマン符号化方式、または算術符号化方式、または適応ビット割当て方式の何れかであることを特徴とする、請求項３記載のデータ伸張装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星など地球の上空を航行する空間航行体により取得された地上の画像データ、いわゆるリモートセンシング画像データ等のデータ圧縮技術を用いたデータ圧縮装置、およびこのデータ圧縮装置からデータ受信してデータ伸張するデータ伸張装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
視野方向の異なる２つの撮像器が所定の時間差で同じ地点を撮像するリモートセンシング撮像装置では、先に撮像された画像を予測子とし、後から撮像された画像の圧縮に予測符号化を行い、高い圧縮率のデータ圧縮を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３０３６４６号公報（段落０００４〜段落００１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この従来の方式によるデータ圧縮では、視野方向が異なる２台の撮像器が必要であり、撮像器が１台のみしか存在しない場合には、予測符号化を利用した高い圧縮率のデータ圧縮を行うことは出来ないという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、撮像器が１台のみであっても予測符号化を利用した高い圧縮率のデータ圧縮を行うことが可能なデータ圧縮装置、およびこのデータ圧縮装置からデータ受信してデータ伸張するデータ伸張装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるデータ圧縮装置は、リモートセンシング画像データのデータ圧縮を行うデータ圧縮装置であって、画素毎に対応した位置データが付加され予測子とする参照画像データを保持する参照データ蓄積部と、新規に取り込んだ新規画像の位置データと上記参照画像データとから、予測符号化の予測子に利用する予測画像データを生成する予測画像生成部と、この予測画像データと上記新規画像データとのそれぞれ全画素間の差分をとり、この差分画像データを生成する差分器と、ランレングス符号化方式を利用して可変長符号化することにより、この差分画像データの符号量を圧縮し、符号化された差分画像データを生成する符号化器とを有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、撮像器が１台のみであっても、予測画像データを生成する事が可能であり、新規画像データの予測符号化を行うデータ圧縮装置の構成を提供できると共に、高い圧縮率のデータを得るデータ圧縮装置を提供できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
本発明の実施形態１に係るデータ圧縮装置について図面を参照して説明する。図１は実施の形態１に係るデータ圧縮装置の構成図、図２は実施の形態１に係るデータ圧縮装置の動作を説明するフローチャート、図３は実施の形態１により圧縮されたデータの再生に係るデータ伸張装置の構成図、図４は実施の形態１により圧縮されたデータの再生に係るデータ伸張装置の動作を説明するフローチャート、図５は実施の形態１に係るデータ圧縮装置の位置付けを表す概念図である。
【０００９】
図５を用いて、実施の形態１に係るデータ圧縮装置の位置付けを説明する。図において、１７は人工衛星など地球の上空を航行する空間航行体であり、データ圧縮装置１と、撮像器１８と、軌道・姿勢制御装置１９と、地上データ処理装置との通信装置２０を備える。２１は地上データ処理装置であり、データ伸張装置１２と、人工衛星など地球の上空を航行する空間航行体との通信装置２２を備える。人工衛星など地球の上空を航行する空間航行体１７と地上データ処理装置２１は、通信による信号伝送接続を行う。撮像器１８により得られ、データ圧縮装置１により圧縮される画像データと、軌道・姿勢制御装置１９により得られる位置データは、上空にある通信装置２０により送信され、地上にある通信装置２２により受信される。
【００１０】
図１を用いて、実施の形態１の構成を説明する。図において、１はデータ圧縮装置であり、参照データ蓄積部２と、予測画像生成部３と、差分器４と、符号化器５ａから構成される。新規画像データ９は、撮像器１８が地上を撮像して得られる画像データである。新規画像の位置データ６は、軌道・姿勢制御装置１９において、軌道データおよび姿勢データから新規画像データ９の中心の画素に対応した地球上の位置を予測して得られる緯度及び経度の情報（以下、位置データという）である。
【００１１】
参照データ蓄積部２は、データ圧縮時に予測子として利用される参照画像データと、参照画像データの画素毎に対応した位置データ（以下、位置データ付き参照画像データという）を蓄積している。位置データ付き参照画像データ７は、この実施の形態を搭載した人工衛星などの空間航行体が地球の上空を航行する以前に、別の人工衛星などの空間航行体から撮像された画像と撮像地点の位置データより作成されるシミュレーションデータである。
図６は、位置データ付き参照画像データ７（７‘）の構造を示した図である。位置データ付き参照画像データ７は、図６に示すようにヘッダ部、データ部で構成される。ヘッダ部には画像サイズや画素値の型、ビット数、コメント等の情報が格納される。データ部には、参照画像データと参照画像データの画素毎に対応した位置データがバイナリデータとして格納される。図７は、位置データ付き参照画像データ７（７‘）のデータ部の構造を示した図である。図において、２５、２６、２７はそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ（赤、緑、青）の画素値、２８、２９はそれぞれ緯度、経度の値である。このように、参照画像データがＲＧＢの３プレーンからなり、位置データが緯度及び経度からなる場合、位置データ付き参照画像データ７は 、図７に示すように各点毎にＲＧＢデータとそれに対応する緯度及び経度が並んで格納される。
【００１２】
予測画像生成部３は、予測符号化の予測子に利用する予測画像データ８を生成する。その生成方法について説明する。まず、参照データ蓄積部２に蓄積されている位置データ付き参照画像データ７を取得する。次に、図８は、予測画像データ８（８’）の中心位置データの決定を表す概念図である。図８に示すように、取得した位置データ付き参照画像データ７から、新規画像の位置データ６と最も近い位置データ（以下、中心位置データという）を特定する。次に、図９は、予測画像データ８（８’）の中心位置データの決定を表す概念図である。図９に示すように、中心位置データ３０に対応する画素（以下、中心画素という）を中心として、新規画像データ９と等しい画像サイズとなる切り出し領域３２を決定する。次に、切り出し領域３２に含まれる画像データ（ＲＧＢデータ）を抽出し、予測画像データ８とする。
【００１３】
差分器４は、予測画像データ８と新規画像データ９とのそれぞれ全画素間の差分をとり、差分画像データ１０を生成する。
【００１４】
符号化器５ａは、画像符号化の一方式であるランレングス符号化方式を利用して可変長符号化することにより、差分画像データ１０の符号量を圧縮し、符号化された差分画像データ１１を生成する。このランレングス符号化方式の導入により、連続する「０」または「１」に対しその連続する長さを符号化する事で総符号量を削減し、高い圧縮率のデータを得ている。
【００１５】
図２を用いて、実施の形態１の動作を説明する。図において、横方向の矢印の向きはデータの流れを表し、縦方向は時間の流れを表している。
まず、予測画像生成部３に、新規画像の位置データ６を入力する。予測画像生成部３は、参照データ蓄積部２から、位置データ付き参照画像データ７を取り出す。取り出した位置データ付き参照画像データ７のうち、新規画像の位置データ６と同じ地球上の位置の参照画像データを予測画像データ８として出力する。次に、差分器４に、予測画像データ８と新規画像データ９を入力する。差分器４は、予測画像データ８と新規画像データ９の全画素間の差分を算出し、差分画像データ１０を出力する。次に、符号化器５ａに、差分画像データ１０を入力する。符号化器５ａは、ランレングス符号化方式を利用して可変長符号化することにより差分画像データ１０の符号量を圧縮し、符号化された差分画像データ１１を出力する。
新規画像の位置データ６と符号化された差分画像データ１１は、通信装置により地上へ送信される。
【００１６】
図３を用いて、実施の形態１により符号化された差分画像データ１１を再生するデータ伸張装置の構成を説明する。図において、１２は実施の形態１により符号化された差分画像データ１１を復号化するデータ伸張装置であり、参照データ蓄積部２’と、予測画像生成部３’と、復号化器１３ａと、加算器１４から構成される。
【００１７】
参照データ蓄積部２’は、位置データ付き参照画像データ７’を蓄積している。位置データ付き参照画像データ７’は、この実施の形態を搭載した人工衛星などの空間航行体が地球の上空を航行する以前に、別の人工衛星などの空間航行体から撮像された画像と撮像地点の位置データより作成されるシミュレーションデータである。
位置データ付き参照画像データ７’は、図６に示すようにヘッダ部、データ部で構成される。ヘッダ部には画像サイズや画素値の型、ビット数、コメント等の情報が格納される。データ部には、参照画像データと参照画像データの画素毎に対応した位置データがバイナリデータとして格納される。参照画像データがＲＧＢの３プレーンからなり、位置データが緯度及び経度からなる場合、位置データ付き参照画像データ７’は 、図７に示すように各点毎にＲＧＢデータとそれに対応する緯度及び経度が並んで格納される。すなわち、参照データ蓄積部２’は、図１における参照データ蓄積部２と全く同じデータを蓄積する。
【００１８】
予測画像生成部３’は、予測符号化の予測子に利用する予測画像データ８’を生成する。その生成方法について説明する。まず、参照データ蓄積部２に蓄積されている位置データ付き参照画像データ７’を取得する。次に、図８に示すように、取得した位置データ付き参照画像データ７’から、新規画像の位置データ６と最も近い位置データ（以下、中心位置データという）を特定する。次に、図９に示すように、中心位置データ３０’に対応する画素（以下、中心画素という）を中心として、新規画像データ９と等しい画像サイズとなる切り出し領域３２’を決定する。次に、切り出し領域３２’に含まれる画像データ（ＲＧＢデータ）を抽出し、予測画像データ８’とする。すなわち、予測画像生成部３’は、図１における予測画像生成部３と全く同じ方法で予測画像データ８’を生成する。
【００１９】
復号化器１３ａは、ランレングス符号の復号化方式を利用して、本発明のデータ圧縮装置により符号化された差分画像データ１１の復号を行い、復号された差分画像データ１５を生成する。
【００２０】
加算器１４は、予測画像データ８と差分画像データ１５の全画素間の加算を行い、再生画像データ１６を生成する。
【００２１】
図４を用いて、実施の形態１により符号化された差分画像データを再生するデータ伸張装置の動作を説明する。図において、横方向の矢印の向きはデータの流れを表し、縦方向は時間の流れを表している。
新規画像の位置データ６と符号化された差分画像データ１１は、通信装置により受信される。
まず、予測画像生成部３’に、新規画像の位置データ６を入力する。予測画像生成部３’は、参照データ蓄積部２’から、位置データ付き参照画像データ７を取り出す。取り出した位置データ付き参照画像データ７のうち、新規画像の位置データ６と同じ地球上の位置の参照画像データを予測画像データ８として出力する。次に、復号化器１３ａに、符号化された差分画像データ１１を入力する。復号化器１３ａは、ランレングス符号化方式により可変長符号化された差分画像データ１１を復号化することによりデータを伸張し、復号された差分画像データ１５を出力する。次に、加算器１４に、予測画像データ８と復号された差分画像データ１５を入力する。加算器１４は、予測画像データ８と復号された差分画像データ１５の全画素間の加算を行い、再生画像データ１６を出力する。
【００２２】
本実施の形態によれば、撮像器が１台のみであっても、予測画像データ８を生成する事が可能であるゆえに、新規画像データ９の予測符号化を行うデータ圧縮装置の構成を提供できる効果がある。また、符号化器５ａの符号化方式にランレングス符号化方式を用い、連続する「０」または「１」に対しその連続する長さを符号化する事で総符号量を削減し、高い圧縮率のデータを得るデータ圧縮装置の構成を提供できる効果がある。
また、本実施の形態によれば、ランレングス符号化方式は圧縮方式の中では最も基本的な方式であるため、実装が容易であり、単純な計算処理で符号化できるという効果がある。
【００２３】
実施の形態２．
本発明の実施形態２に係るデータ圧縮装置について説明する。実施の形態１では、符号化器５にはランレングス符号化方式を利用する符号化器５ａを、復号化器１３にはランレングス符号の復号化方式を利用する復号化器１３ａをもって構成したが、実施の形態２では、符号化器５にはハフマン符号化方式を利用する符号化器５ｂを、復号化器１３にはハフマン符号の復号化方式を利用する復号化器１３ｂをもって構成する。
【００２４】
本実施の形態によれば、符号化器５ｂの符号化方式にハフマン符号化方式を用い、出現確率が高い符号に対して短い符号を、また出現確率が低い符号に対しては長い符号を割り当てる事で総符号量を削減し、高い圧縮率のデータを得るデータ圧縮装置の構成を提供できる効果がある。
また、本実施の形態によれば、ハフマン符号化方式は出現確率に応じて符号を割り当てるため、ランレングス符号化方式よりも計算処理を必要とするが、出現確率に応じた符号割当ができるため、一般的にランレングス符号化方式より圧縮率が優れているという効果がある。
【００２５】
実施の形態３．
本発明の実施形態３に係るデータ圧縮装置について説明する。実施の形態１では、符号化器５にはランレングス符号化方式を利用する符号化器５ａを、復号化器１３にはランレングス符号の復号化方式を利用する復号化器１３ａをもって構成したが、実施の形態３では、符号化器５には算術符号化方式を利用する符号化器５ｃを、復号化器１３には算術符号の復号化方式を利用する復号化器１３ｃをもって構成する。
【００２６】
本実施の形態によれば、符号化器５ｃの符号化方式に算術符号化方式を用い、シンボルの出現確率を計算しながら符号化テーブルを作成し符号割当てをする事で総符号量を削減し、高い圧縮率のデータを得るデータ圧縮装置の構成を提供できる効果がある。
また、本実施の形態によれば、算術符号化方式はシンボルの出現確率を計算しながら符号化テーブルを作成し符号割当をする動的な方式のため、多大な計算処理を必要とするが、画像データの空間的特徴に応じた最適な符号割当てができるため、一般的に、ランレングス符号化方式や、固定した符号化テーブルを使用するハフマン符号化方式などより圧縮率が優れているという効果がある。
【００２７】
実施の形態４．
本発明の実施形態４に係るデータ圧縮装置について説明する。実施の形態１では、符号化器５にはランレングス符号化方式を利用する符号化器５ａを、復号化器１３にはランレングス符号の復号化方式を利用する復号化器１３ａをもって構成したが、実施の形態４では、符号化器５には適応ビット割当て方式を利用する符号化器５ｄを、復号化器１３には適応ビット割当ての復号化方式を利用する復号化器１３ｄをもって構成する。
【００２８】
本実施の形態によれば、符号化器５ｄの符号化方式に適応ビット割当て方式を用い、帯域分割あるいは時間軸分割によってビット数を適応的に割当て符号化する事で総符号量を削減し、高い圧縮率のデータを得るデータ圧縮装置の構成を提供できる効果がある。
また、本実施の形態によれば、適応ビット割当て方式は量子化ビット数を動的に変更する方式のため、多大な計算処理を必要とするが、画像データの帯域的あるいは時間的特徴に応じた最適な符号割当てができるため、一般的に、ランレングス符号化方式や、固定した符号化テーブルを使用するハフマン符号化方式などより圧縮率が優れているという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４におけるデータ圧縮装置の構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４におけるデータ圧縮装置の動作を示したシーケンス図である。
【図３】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４において圧縮された画像データの再現に利用するデータ伸張装置の構成を示した構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４において圧縮された画像データの再現に利用するデータ伸張装置の動作を示したシーケンス図である。
【図５】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４におけるデータ圧縮装置の位置付けを表す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４における位置データ付き参照画像データ７（７‘）の構造を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４における位置データ付き参照画像データ７（７‘）のデータ部の構造を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４における予測画像データ８（８’）の中心位置データの決定を表す概念図である。
【図９】本発明の実施の形態１乃至実施の形態４における予測画像データ８（８’）の切り出しを表す概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  データ圧縮装置、２  参照データ蓄積部（圧縮装置側）、２’  参照データ蓄積部（伸張装置側）、３  予測画像生成部（圧縮装置側）、３’  予測画像生成部（伸張装置側）、４  差分器、５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）  符号化器、６  新規画像の位置データ、７  位置データ付き参照画像データ（圧縮装置側）、７’  位置データ付き参照画像データ（伸張装置側）、８  予測画像データ（圧縮装置側）、８’  予測画像データ（伸張装置側）、９  新規画像データ、１０  差分画像データ、１１  符号化された画像データ、１２  データ伸張装置、１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）  復号化器、１４  加算器、１５  復号された差分画像データ、１６  再生画像データ、１７  人工衛星など地球の上空を航行する空間航行体、１８  撮像器、１９  軌道・姿勢制御装置、２０  地上データ処理装置との通信装置、２１  地上データ処理装置、２２  人工衛星など地球の上空を航行する空間航行体との通信装置、２３  ヘッダ部、２４  データ部、２５  赤色成分の値、２６  緑色成分の値、２７  青色成分の値、２８  緯度、２９  経度、３０  中心位置データ（圧縮装置側）、３０’  中心位置データ（伸張装置側）、３１  中心画素（圧縮装置側）、３１’  中心画素（伸張装置側）、３２  切り取り領域（圧縮装置側）、３２’  切り取り領域（伸張装置側）。
【図１】
2006115283.tif 000003
【図２】
2006115283.tif 000004
【図３】
2006115283.tif 000005
【図４】
2006115283.tif 000006
【図５】
2006115283.tif 000007
【図６】
2006115283.tif 000008
【図７】
2006115283.tif 000009
【図８】
2006115283.tif 000010
【図９】
2006115283.tif 000011