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1、无人机图像情报传输格式和图像压缩标准 王林朱华勇 ( 国防科技大学大机电工程与自动化学院，长沙，4 1 0 0 7 3 ) 摘要：该文从无人机( U A V ) 应用出发，分析了无人机图像情报传输的需求，考察了美军采用的N I T F ( N a t i o n a lI m a g e r yT r a n s m i s s i o nF o r m a t ，国家图像传输格式) ，对两种主要的静止图像压缩标准( J P E G 、 J P E G 2 0 0 0 ) 进行了介绍和比较。 关键字：图像情报N I T F 规范J P E G 标准J P E G 2 0 0 0 标准 U A
2、V I m a g eI n t e l l i g e n c eT r a n s m i s s i o nF o r m a ta n d C o m p r e s s i o nS t a n d a r d I m a g e b t a n 一 一 W a n gL i n Z h uH u a y o n g ( C o l l e g eo fE l e c t r o m e c h a n i c a lE n g i n e e r i n ga n dA u t o m a t i o n ，N a t i o n a lU n i v e r s i t yo f
3、D e f e n s eT e c h n o l o g y , C h a n g S h a4 1 0 0 7 3 ) A b s t r a c t ：T om e e t i n gt h ea p p l i c a t i o no fU A V , t h en e c e s s a r yo ft h eU A VI m a g eI n t e l l i g e n c eT r a n s m i s s i o nh a sb e e n a n a l y z e d ；T h eN a t i o n a lI m a g e r yT r a n s m i
4、 s s i o nF o r m a tu s e db yU S Aa r m yh a sb e e nr e v i e w e d ；t h et w om a i nS t i l l I m a g eC o m p r e s s i o nS t a n d a r d ：J P E Ga n dJ P E G 2 0 0 0h a sb e e ni n t r o d u c e da n dc o m p a r e d K e y w o r d s ：I M I N T ( I m a g eI n t e l l i g e n c e ) ；N I T F (
5、N a t i o n a lI m a g e r yT r a n s m i s s i o nF o r m a t ) ；J P E G ；J P E G 2 0 0 0 引言 无人机在历次战争中的出色表现，充分证明r 它的军事价值，因而也受到各国军方的重视。在未 来信息化战争中无人机将在战场监视、侦察等任务 t 发挥重要的作用。无人机执行监视、侦察等任务 最主要的是用光学照相机、红外行扫描器、电视摄 像机、前视红外( 热成像器) 和S A R 雷达等任务有效 载| I ；6 = 获取敌方地面图像情报( I M I N T ) 供指挥作战川。 现有的技术下，无人机图像情报的使用过程如
6、 下：图像获取，图像压缩，无线传输，地面接收， 地面处理，情报用户使用，反馈信息。这一流程涉 及到多种技术。 本文主要探讨无人机图像情报落地以后的图 像处理和传输技术。文章的第一节介绍了目前无人 机主要的成像载荷和图像情报内容，第二节分析了 图像情报传输的需求和内容：第三节主要考察了目 前美军采用的无人机图像情报传输格式N I T F ，第四 节对静止图像的主要压缩标准J P E G 、J P E G 2 0 0 0 进行 比较。最后，对本文进行总结。 2 5 2 l 无人机主要成像载荷及其成像特点 1 1 成像载荷 尤人机携带的有效载荷( P a y l o a d ) 一般包括 图像情报载
7、荷、信号情报( S I G I N T ) 载荷、测量和特 征情报( M A S I N T ) 载荷、通信载荷以及掸药。朱来尤 人机载荷的目标( 尤其是对侦察任务) 不是简单地增 加更多的传感器，而是从所拥有的传感器中提取吏 多的不问数据，实时地采集、处理和提供作战信息。 图像情报任务是无人机有史以来的主要任务 滢1 ，因而图像情报载荷是无人机系统中使用最多的 有效载荷。无人机的图像情报载荷一般分为无源 ( E O I R ) 和有源( 雷达) 两种。 E O I R 传感器，这是无人机最基本最传统的任 务设备，技术相对成熟，载荷重量一般较小。受E O 传感器在可实现的阵列尺寸和像素间距方面
8、的约 束，这种载荷产生的图像像素点有限，图像不大， 但图像的分辨率可以达到很高。此外，光学技术发 展中最有前途的一个领域是多孔径光学系统，这种 系统提供的分辨率的提高将是革命性的。 机载雷达，机载雷达的关键军事价值在于它能 够在各种条件下( 夜间、云) 比光学手段看的更远。 但另一方面其分辨率较低，使用时容易暴露给敌方 部队，其尺寸、重量和功率( S w A P ) 对载机来说是 个负担。尤其是对较小的无人机。在过去的二十年 间由于引入了合成孔径雷达( S A R ) 。分辨率得到了很 大提高，同时能提供更多的工作方式。这种载荷产 生的图像数据量人，包含目标信息多。 从长远来看，距离选通的激光
9、成像雷达( W - D A R ) 将是对传统的雷达一个补充它能够实时建立传统 雷达发现的可疑目标的三维图像，从多个现象中实 时获取和相关数据，以建立更全面的目标图像。 1 2 图像情报 图像情报包括以上成像载荷的产生的图像( 包 括静止和连续图像) 以及图像的相关信息。图像是 表达情报信息最直观最有效的方式，它也是无人机 情报数据的主要形式。图像情报的特点是直观、信 息量大。不足之处是图像情报数据量也比较大，相 应的给情报数据的处理和分发带来困难。 受高速运动工作方式的影响，无人机获取的图 像前后相关性较小。可以将无人机获取的图像当作 连续的多幅静止图像处理。 2 图像情报传输概念和内容 2
10、 1 图像情报传输概念 第一无人机地面控制站内部的图像信息交换。 地面站从地面数据终端接收到载荷数据后要经过站 内分布式计算环境的处理，在该分布式计算环境中 需要对图像信息进行交换。 第二无人机地面控制站与其他I S R 子系统之 间的图像及图像相关信息交换。为了实现无人机情 报提供功能，体现无人机与I S R 的互通能力，地面 站不可避免的需要与其他情报需求方进行数据交 换。图像情报传输保证数据可以在不同的系统之间 ( 包括像U N I X ，W i n d o w s 和L I N U X 这样互异的操作 系统或异构的硬件平台之间) 互享，充分满足不同 用户不同软硬件系统间多种数据类型的数
11、据互享需 要。 2 2 图像情报传输的内容 图像情报传输包括以下几种类型的数据传输： 图像、图解、文本。 图像，图像数据类型用来储存图像数据，包括 多波段图像，S A R 图像以及单色荻度图，颜色 表图和真彩图等。图像数据是图像情报的重要内容， 通常，图像数据都要经过压缩。图像压缩方法有很 多种，比较常用的是离散余弦变换( D c T ) 方法，离 散小波变换( D W T ) 方法图像压缩是图像情报传输 的关键在第四节我们比较r 基于这两种压缩算法 的典型静止图像压缩标准J P E G ，J P E G 2 0 0 0 。 图解，图解数据类型用来储存二维几何符号， 例如：圆，椭圆，矩形，箭头
12、，线，三角。指定对 象( 飞机船) ，文字标注。专门文字等。颜色a 以 是单色灰度，彩色。符号作为一个单独的单元储存 以别于其应用时爿i 破坏图像，其它图解之间联系。 我们需要为这些简单的符号制定一个统一的标准， 以便于使用。 文本，文本数据类型主要储存文本文件或条 款。这些文件主要用来描述规范化文件中的图像产 品。 图像传输的研究内容包括图像情报的格式规 范，图像的压缩算法和传输控制协议等。 3 图像情报的传输格式 美军的无人机技术一直走在世界的前列，本节 考察了美军在无人机静止图像传输上采用的规范一 一N I T F 。N I T F 的现行版本N I T F 2 1 等效予北约二级 图像
13、传输格式( N S I FS T A N A G4 5 4 5 ) 。它正慢慢移植 到一个国际标准，即I S O I E C1 2 0 8 7 - 5 基本图像 交换格式( B I I F ) 。 1 9 8 4 年，美国开始 r 通用的数据格式技术的研 究，最初他们的目的是通过一种联合标准将已经存 在的系统联接起来成为一个新的系统。1 9 8 7 年， N I T F I 0 ，一个只包括图像格式的版本作为一个示例 披推出。1 9 8 9 年，由O A S D ( C3 I ) 的N I T F C o n f i g u r a ti o nC o n t r o lB o a r d(
14、N C C B ) 推出了 N I T F l 1 ，并将其作为格式的执行规则这一格式在 J I T C ( t h eJ o i n tI n t e r o p e r a b i l i t yT e s tC e n t e r ) 成功的联系起了3 0 多个不同的系统。 N I T F 2 O 的研究在1 9 8 8 就开始了，这一版本的 着重点是开发N I T F 在战术环境中的通信支持能力。 最初的通信支持是T A c 0 2 。同时，图像压缩，前向 纠错，传输协议，几何图解等算法都有相应开发。 在1 9 9 1 年，N I T F 成为国防部( D O D ) 标准改名为 N
15、I T F S 。N I T F S 包含了N I T F 2 o R 件格式，和支持的图 像压缩，传输协议。几何图解标准。该标准的最新 版本是N I T F 2 1 。 N I T F 可直接应用在图像分发，P ：以满足请求者对 来自图像的情报要求。通过N I T F 。多媒体情报组合打 2 5 3 包成一个文件响应请求者需求。情报可能由图像， 注解图像，图解，文本和地图等组成。对一个或几 个原始图像或初级开发的图像进行说明即形成，一 个情报文档。 按照N I T F 概念，图像数据系统之间交换由文件 来组织，通过一个隐藏的互连传输过程来完成。当 需要交换时，系统将它按内部的文件组织格式组成
16、 的信息，包括了内部图像，图解，文本等，按标准 的N I T F 格式组成一个文件。这样文件W 以发送给一 个或多个要求者。接受系统收到数据后重格式化， 将文件按自己的内部格式重新组织。 由于美国国防部的推广，N I T F 成为了美军数字 图像和相关产品的传输标准，在美军的各系统中得 到广泛的应用。它为已存在和将来的系统之间储存 和交换图像和相关产品提供了一个通用的基础，也 可以用它提供的数据格式用来提高系统间的互用性 能，同时它也是图像、图解、文本和相关数据分发 的标准文件格式。 近年来该格式已经扩展到适用于机载图像，主 要针对光电红外雷达( E O I R R a d a r ) 传感器获取 的静态图像。该格式也规定- r 这类图像的压缩标准， 主要是J P E G “，以及J P E G 2 0 0 0 ”1 。事实证明，N I T F 的 实行，极大扩展J ，美军U A V 的互通能力，提高r 载荷 数据共享程度，满足j ，I S R 需求1 。 4 静止图像的压缩标准 目前，静止图像压缩有
