Lifting schemes for joint coding of stereoscopic pairs of satellite images

electronic version (5 pp.)International audienceStereo data compression is an important issue for the new generation of vision systems. In this paper, we are interested in lossless coding methods for stereo images allowing progressive reconstruction. Most of the existing approaches account for the mutual similarities between the left and the right images. More precisely, the disparity compensation process consists in predicting the right image from the left one based on the disparity map. Then, the disparity map, the reference image, and the residual image are encoded. In this work, we propose a novel approach based on the concept of vector lifting scheme. Its main feature is that it does not generate one residual image but two compact multiresolution representations of the left and the right views, driven by the underlying disparity map. Experimental results show a significant improvement using this technique compared with conventional methods

Vector Lifting Schemes for Stereo Image Coding

International audienceMany research efforts have been devoted to the improvement of stereo image coding techniques for storage or transmission. In this paper, we are mainly interested in lossyto- lossless coding schemes for stereo images allowing progressive reconstruction. The most commonly used approaches for stereo compression are based on disparity compensation techniques. The basic principle involved in this technique first consists of estimating the disparity map. Then, one image is considered as a reference and the other is predicted in order to generate a residual image. In this work, we propose a novel approach, based on Vector Lifting Schemes (VLS), which offers the advantage of generating two compact multiresolution representations of the left and the right views. We present two versions of this new scheme. A theoretical analysis of the performance of the considered VLS is also conducted. Experimental results indicate a significant improvement using the proposed structures compared with conventional methods

Lossless compression of satellite multispectral and hyperspectral images

En esta tesis se presentan nuevas técnicas de compresión sin pérdida tendientes a reducir el espacio de almacenamiento requerido por imágenes satelitales. Dos tipos principales de imágenes son tratadas: multiespectrales e hiperespectrales. En el caso de imágenes multiespectrales, se desarrolló un compresor no lineal que explota tanto las correlaciones intra como interbanda presentes en la imagen. Este se basa en la transformada wavelet de enteros a enteros y se aplica sobre bloques no solapados de la imagen. Diferentes modelos para las dependencias estadísticas de los coeficientes de detalle de la transformada wavelet son propuestos y analizados. Aquellos coeficientes que se encuentran en las subbandas de detalle fino de la transformada son modelados como una combinación afín de coeficientes vecinos y coeficientes en bandas adyacentes, sujetos a que se encuentren en la misma clase. Este modelo se utiliza para generar predicciones de otros coficientes que ya fueron codificados. La información de clase se genera mediante la cuantización LloydMax, la cual también se utiliza para predecir y como contextos de condicionamiento para codificar los errores de predicción con un codificador aritmético adaptativo. Dado que el ordenamiento de las bandas también afecta la precisión de las predicciones, un nuevo mecanismo de ordenamiento es propuesto basado en los coeficientes de detalle de los últimos dos niveles de la transformada wavelet. Los resultados obtenidos superan a los de otros compresores 2D sin pérdida como PNG, JPEG-LS, SPIHT y JPEG2000, como también a otros compresores 3D como SLSQ-OPT, JPEG-LS diferencial y JPEG2000 para imágenes a color y 3D-SPIHT. El método propuesto provee acceso aleatorio a partes de la imagen, y puede aplicarse para la compresión sin pérdida de otros datos volumétricos. Para las imágenes hiperespectrales, algoritmos como LUT o LAIS-LUT que revisten el estado del arte para la compresión sin pérdida para este tipo de imágenes, explotan la alta correlación espectral de estas imágenes y utilizan tablas de lookup para generar predicciones. A pesar de ello, existen casos donde las predicciones no son buenas. En esta tesis, se propone una modificación a estos algoritmos de lookup permitiendo diferentes niveles de confianza a las tablas de lookup en base a las variaciones locales del factor de escala. Los resultados obtenidos son altamente satisfactorios y mejores a los de LUT y LAIS-LUT. Se han diseñado dos compresores sin pérdida para dos tipos de imágenes satelitales, las cuales tienen distintas propiedades, a saber, diferente resolución espectral, espacial y radiométrica, y también de diferentes correlaciones espectrales y espaciales. En cada caso, el compresor explota estas propiedades para incrementar las tasas de compresión.In this thesis, new lossless compression techniques aiming at reducing the size of storage of satellite images are presented. Two type of images are considered: multispectral and hyperspectral. For multispectral images, a nonlinear lossless compressor that exploits both intraband and interband correlations is developed. The compressor is based on a wavelet transform that maps integers into integers, applied to tiles of the image. Different models for statistical dependencies of wavelet detail coefficients are proposed and analyzed. Wavelet coefficients belonging to the fine detail subbands are successfully modelled as an affine combination of neighboring coefficients and the coefficient at the same location in the previous band, as long as all these coefficients belong to the same landscape. This model is used to predict wavelet coefficients by means of already coded coefficients. Lloyd-Max quantization is used to extract class information, which is used in the prediction and later used as a conditioning context to encode prediction errors with an adaptive arithmetic coder. The band order affects the accuracy of predictions: a new mechanism is proposed for ordering the bands, based on the wavelet detail coefficients of the 2 finest levels. The results obtained outperform 2D lossless compressors such as PNG, JPEG-LS, SPIHT and JPEG2000 and other 3D lossless compressors such as SLSQ-OPT, differential JPEG-LS, JPEG2000 for color images and 3D-SPIHT. Our method has random access capability, and can be applied for lossless compression of other kinds of volumetric data. For hyperspectral images, state-of-the-art algorithms LUT and LAIS-LUT proposed for lossless compression, exploit high spectral correlations in these images, and use lookup tables to perform predictions. However, there are cases where their predictions are not accurate. In this thesis a modification based also on look-up tables is proposed, giving these tables different degrees of confidence, based on the local variations of the scaling factor. Our results are highly satisfactory and outperform both LUT and LAIS-LUT methods. Two lossless compressors have been designed for two different kinds of satellite images having different properties, namely, different spectral resolution, spatial resolution, and bitdepth, as well as different spectral and spatial correlations. In each case, the compressor exploits these properties to increase compression ratios.Fil:Acevedo, Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Compresión sin pérdida de imágenes satelitales multiespectrales e hiperespectrales

En esta tesis se presentan nuevas técnicas de compresión sin pérdida tendientes a reducir el espacio de almacenamiento requerido por imágenes satelitales. Dos tipos principales de imágenes son tratadas: multiespectrales e hiperespectrales. En el caso de imágenes multiespectrales, se desarrolló un compresor no lineal que explota tanto las correlaciones intra como interbanda presentes en la imagen. Este se basa en la transformada wavelet de enteros a enteros y se aplica sobre bloques no solapados de la imagen. Diferentes modelos para las dependencias estadísticas de los coeficientes de detalle de la transformada wavelet son propuestos y analizados. Aquellos coeficientes que se encuentran en las subbandas de detalle fino de la transformada son modelados como una combinación afín de coeficientes vecinos y coeficientes en bandas adyacentes, sujetos a que se encuentren en la misma clase. Este modelo se utiliza para generar predicciones de otros coficientes que ya fueron codificados. La información de clase se genera mediante la cuantización LloydMax, la cual también se utiliza para predecir y como contextos de condicionamiento para codificar los errores de predicción con un codificador aritmético adaptativo. Dado que el ordenamiento de las bandas también afecta la precisión de las predicciones, un nuevo mecanismo de ordenamiento es propuesto basado en los coeficientes de detalle de los últimos dos niveles de la transformada wavelet. Los resultados obtenidos superan a los de otros compresores 2D sin pérdida como PNG, JPEG-LS, SPIHT y JPEG2000, como también a otros compresores 3D como SLSQ-OPT, JPEG-LS diferencial y JPEG2000 para imágenes a color y 3D-SPIHT. El método propuesto provee acceso aleatorio a partes de la imagen, y puede aplicarse para la compresión sin pérdida de otros datos volumétricos. Para las imágenes hiperespectrales, algoritmos como LUT o LAIS-LUT que revisten el estado del arte para la compresión sin pérdida para este tipo de imágenes, explotan la alta correlación espectral de estas imágenes y utilizan tablas de lookup para generar predicciones. A pesar de ello, existen casos donde las predicciones no son buenas. En esta tesis, se propone una modificación a estos algoritmos de lookup permitiendo diferentes niveles de confianza a las tablas de lookup en base a las variaciones locales del factor de escala. Los resultados obtenidos son altamente satisfactorios y mejores a los de LUT y LAIS-LUT. Se han diseñado dos compresores sin pérdida para dos tipos de imágenes satelitales, las cuales tienen distintas propiedades, a saber, diferente resolución espectral, espacial y radiométrica, y también de diferentes correlaciones espectrales y espaciales. En cada caso, el compresor explota estas propiedades para incrementar las tasas de compresión

Implementation of Image Compression Algorithm using Verilog with Area, Power and Timing Constraints

Image compression is the application of Data compression on digital images. A fundamental shift in the image compression approach came after the Discrete Wavelet Transform (DWT) became popular. To overcome the inefficiencies in the JPEG standard and serve emerging areas of mobile and Internet communications, the new JPEG2000 standard has been developed based on the principles of DWT. An image compression algorithm was comprehended using Matlab code, and modified to perform better when implemented in hardware description language. Using Verilog HDL, the encoder for the image compression employing DWT was implemented. Detailed analysis for power, timing and area was done for Booth multiplier which forms the major building block in implementing DWT. The encoding technique exploits the zero tree structure present in the bitplanes to compress the transform coefficients

Compression of Three-Dimensional Magnetic Resonance Brain Images.

Losslessly compressing a medical image set with multiple slices is paramount in radiology since all the information within a medical image set is crucial for both diagnosis and treatment. This dissertation presents a novel and efficient diagnostically lossless compression scheme (predicted wavelet lossless compression method) for sets of magnetic resonance (MR) brain images, which are called 3-D MR brain images. This compression scheme provides 3-D MR brain images with the progressive and preliminary diagnosis capabilities. The spatial dependency in 3-D MR brain images is studied with histograms, entropy, correlation, and wavelet decomposition coefficients. This spatial dependency is utilized to design three kinds of predictors, i.e., intra-, inter-, and intra-and-inter-slice predictors, that use the correlation among neighboring pixels. Five integer wavelet transformations are applied to the prediction residues. It shows that the intra-slice predictor 3 using a x-pixel and a y-pixel for prediction plus the 1st-level (2, 2) interpolating integer wavelet with run-length and arithmetic coding achieves the best compression. An automated threshold based background noise removal technique is applied to remove the noise outside the diagnostic region. This preprocessing method improves the compression ratio of the proposed compression technique by approximately 1.61 times. A feature vector based approach is used to determine the representative slice with the most discernible brain structures. This representative slice is progressively encoded by a lossless embedded zerotree wavelet method. A rough version of this representative slice is gradually transmitted at an increasing bit rate so the validity of the whole set can be determined early. This feature vector based approach is also utilized to detect multiple sclerosis (MS) at an early stage. Our compression technique with the progressive and preliminary diagnosis capability is tested with simulated and real 3-D MR brain image sets. The compression improvement versus the best commonly used lossless compression method (lossless JPEG) is 41.83% for simulated 3-D MR brain image sets and 71.42% for real 3-D MR brain image sets. The accuracy of the preliminary MS diagnosis is 66.67% based on six studies with an expert radiologist\u27s diagnosis

Vector extension of monogenic wavelets for geometric representation of color images

14 pagesInternational audienceMonogenic wavelets offer a geometric representation of grayscale images through an AM/FM model allowing invariance of coefficients to translations and rotations. The underlying concept of local phase includes a fine contour analysis into a coherent unified framework. Starting from a link with structure tensors, we propose a non-trivial extension of the monogenic framework to vector-valued signals to carry out a non marginal color monogenic wavelet transform. We also give a practical study of this new wavelet transform in the contexts of sparse representations and invariant analysis, which helps to understand the physical interpretation of coefficients and validates the interest of our theoretical construction

リフティング構造を利用した非分離型ウェーブレット変換のノイズ低減に関する研究

国立大学法人長岡技術科学大

Technology 2002: The Third National Technology Transfer Conference and Exposition, volume 2

Proceedings from symposia of the Technology 2002 Conference and Exposition, December 1-3, 1992, Baltimore, MD. Volume 2 features 60 papers presented during 30 concurrent sessions