基于低秩子空间投影和Gabor特征的稀疏表示人脸识别算法

目前的人脸识别算法常常忽视训练过程中噪声的影响,特别是在训练数据和待测数据都受到噪声污染的情况下,识别性能会明显下降。针对含有光照变化、伪装、遮挡及表情变化等较大噪声的人脸识别问题,提出了一种基于低秩子空间投影和Gabor特征的稀疏表示人脸识别算法。该算法首先通过低秩矩阵恢复算法得到训练样本的潜在低秩结构和稀疏误差结构;然后利用主成分分析法找到低秩结构的Gabor特征所在低秩子空间的变换矩阵;再通过变换矩阵将所有样本的Gabor特征向量投影到低秩子空间上,在该低秩子空间上使用稀疏表示分类算法进行最终的分类识别。在Extend Yale B和AR数据库上的实验表明,新算法具有较高的识别率和较强的抗干扰能力。     

联合矩阵F范数的低秩图像去噪

摘 要：目的：低秩矩阵恢复是通过最小化矩阵核范数来获得低秩解,然而待恢复低秩矩阵相关性低的要求往往会导致求解不稳定的情况。方法：针对该问题,研究一种基于变量分裂的低秩图像恢复去噪算法,引入待恢复矩阵的Frobenius范数作为新正则项,与原有低秩矩阵的核范数组成联合正则化项,对问题进行凸松弛后,采用变量分裂的增广拉格朗日乘子法求解。结果：为考察方法的稳定性和去噪能力,选取了不同参数类型的加噪图像进行仿真,并结合恢复时间、信噪比、差错率等评价标准与现有低秩矩阵恢复算法进行对比。结论：实验结果表明增加Frobenius范数的低秩矩阵恢复模型在保持原有低秩稀疏恢复的前提下,具有良好的去噪性能,对相关性强的低秩图像恢复结果稳定性好,获得了更高的信噪比。     

基于低秩表示中稀疏误差的可变光照和局部遮挡人脸识别

可变光照和有遮挡人脸识别是人脸识别问题中的一个难点。受到鲁棒主成分分析法(RPCA)和稀疏表示分类法(SRC)的启发,提出一种基于低秩表示(LRR)中稀疏误差图像的可变光照有遮挡人脸识别算法。在训练阶段,利用LRR计算每类人脸低秩数据矩阵,在此基础上求解每类人脸图像低秩映射矩阵,通过各类低秩映射矩阵将未知人脸图像投影得到每类下的低秩数据矩阵和稀疏误差矩阵,为了有效提取稀疏误差图像中的鉴别信息,分别对稀疏误差图像进行边缘检测和平滑度分析,设计了基于两者加权和的类别判据。在Extended Yale B和AR两个数据库上进行了详细的实验分析,实验结果与其它算法相比较有明显提高,证实了所提算法的有效性和鲁棒性。     

基于字典和加权低秩恢复的显著目标检测

显著目标检测旨在辨别出自然图像中的显著区域。为了提高检测效果,提出了基于字典和加权低秩恢复的显著目标检测。首先,在低秩恢复模型中融入字典,以更好地将低秩矩阵和稀疏矩阵分离;然后,获取颜色、位置和边界连接先验对应的稀疏矩阵,根据其显著值生成先验系数;最后,将3个先验用自适应系数组合的方式构造权重矩阵,并融入到低秩恢复模型中。在4个具有挑战性的数据集上将其与11种算法进行比较,实验结果表明,所提算法的效果最好。     

融合邻域回归和稀疏表示的图像超分辨率重构

对于图像超分辨率重建而言,通常会将图像的整体信息作为研究对象。然而图像本身含有的大量结构信息并没有得到充分利用。为了提高超分辨率重建的效果,实现对不同特征信息的利用,提出了一种融合邻域回归和稀疏表示的图像超分辨率重构算法。依据图像所具有的低秩性对高分辨率图像进行分解,获得高分辨率图像的低秩部分和稀疏部分;将对应的低分辨率图像与高分辨率图像的低秩部分和稀疏部分进行训练,学习得到对应的特征字典;基于高分辨率图像的低秩部分和稀疏部分分别基于稀疏表示和邻域嵌入进行高分辨率重构;基于低秩矩阵恢复理论,融合邻域回归和稀疏表示重构的高分辨率图像,得到最终的高分辨率图像。在测试集Set5和Set14上将提出的算法与几种经典算法进行对比实验,可视化和量化结果均表明,相比传统超分辨率算法,提出的算法在PSNR和SSIM都有很好的提升。     

基于聚类数的评分矩阵恢复算法

评分矩阵（rating matrix）的特点是高维、稀疏、低秩,对其研究的主要方法是低秩矩阵恢复。对这些算法而言,不同评分矩阵的秩,会得到不同的恢复精度。但目前没有理论来研究评分矩阵秩的估计,从而影响了这些算法的应用。从理论上分析了用户聚类数与评分矩阵秩的关系,给出用户聚类数的计算方法,并在此基础上提出一种基于聚类数的秩1矩阵恢复（Clusters Number Rank-1 Matrix Completion,CN-R1MC）算法来恢复评分矩阵。通过在多个推荐系统数据集上的实验证明：用户聚类数能较好地近似评分矩阵的秩,这对提高评分矩阵的恢复精度有重要的作用。所提出的算法有较好的应用价值。     

Texture Repairing by Unified Low Rank Optimization

In this paper, we show how to harness both low-rank and sparse structures in regular or near-regular textures for image completion. Our method is based on a unified formulation for both random and contiguous corruption. In addition to the low rank property of texture, the algorithm also uses the sparse assumption of the natural image: because the natural image is piecewise smooth, it is sparse in certain transformed domain (such as Fourier or wavelet transform). We combine low-rank and sparsity properties of the texture image together in the proposed algorithm. Our algorithm based on convex optimization can automatically and correctly repair the global structure of a corrupted texture, even without precise information about the regions to be completed. This algorithm integrates texture rectification and repairing into one optimization problem. Through extensive simulations, we show our method can complete and repair textures corrupted by errors with both random and contiguous supports better than existing low-rank matrix recovery methods. Our method demonstrates significant advantage over local patch based texture synthesis techniques in dealing with large corruption, non-uniform texture, and large perspective deformation.     

基于全卷积神经网络与低秩稀疏分解的显著性检测

为了准确检测复杂背景下的显著区域,提出一种全卷积神经网络与低秩稀疏分解相结合的显著性检测方法,将图像分解为代表背景的低秩矩阵和对应显著区域的稀疏噪声,结合利用全卷积神经网络学习得到的高层语义先验知识,检测图像中的显著区域.首先,对原图像进行超像素聚类,并提取每个超像素的颜色、纹理和边缘特征,据此构成特征矩阵;然后,在MSRA数据库中,基于梯度下降法学习得到特征变换矩阵,利用全卷积神经网络学习得到高层语义先验知识;接着,利用特征变换矩阵和高层语义先验知识矩阵对特征矩阵进行变换;最后,利用鲁棒主成分分析算法对变换后的矩阵进行低秩稀疏分解,并根据分解得到的稀疏噪声计算显著图.在公开数据集上进行实验验证,并与当前流行的方法进行对比,实验结果表明,本文方法能够准确地检测感兴趣区域,是一种有效的自然图像目标检测与分割的预处理方法.     

求解低秩矩阵融合高动态范围图像

目的 利用低秩矩阵恢复方法可从稀疏噪声污染的数据矩阵中提取出对齐且线性相关低秩图像的优点,提出一种新的基于低秩矩阵恢复理论的多曝光高动态范围（HDR）图像融合的方法,以提高HDR图像融合技术的抗噪声与去伪影的性能。方法 以部分奇异值（PSSV）作为优化目标函数,可构建通用的多曝光低动态范围（LDR）图像序列的HDR图像融合低秩数学模型。然后利用精确增广拉格朗日乘子法,求解输入的多曝光LDR图像序列的低秩矩阵,并借助交替方向乘子法对求解算法进行优化,对不同的奇异值设置自适应的惩罚因子,使得最优解尽量集中在最大奇异值的空间,从而得到对齐无噪声的场景完整光照信息,即HDR图像。结果 本文求解方法具有较好的收敛性,抗噪性能优于鲁棒主成分分析（RPCA）与PSSV方法,且能适用于多曝光LDR图像数据集较少的场合。通过对经典的Memorial Church与Arch多曝光LDR图像序列的HDR图像融合仿真结果表明,本文方法对噪声与伪影的抑制效果较为明显,图像细节丰富,基于感知一致性（PU）映射的峰值信噪比（PSNR）与结构相似度（SSIM）指标均优于对比方法：对于无噪声的Memorial Church图像序列,RPCA方法的PSNR、SSIM值分别为28.117 dB与0.935,而PSSV方法的分别为30.557 dB与0.959,本文方法的分别为32.550 dB与0.968。当为该图像序列添加均匀噪声后,RPCA方法的PSNR、SSIM值为28.115 dB与0.935,而PSSV方法的分别为30.579 dB与0.959,本文方法的为32.562 dB与0.967。结论 本文方法将多曝光HDR图像融合问题与低秩最优化理论结合,不仅可以在较少的数据量情况下以较低重构误差获取到HDR图像,还能有效去除动态场景伪影与噪声的干扰,提高融合图像的质量,具有更好的鲁棒性,适用于需要记录场景真实光线变化的场合。     

A sparse direction-of-arrival estimation algorithm for MIMO radar in the presence of gain-phase errors

In this paper, the problem of direction-of-arrival (DOA) estimation for monostatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar with gain-phase errors is addressed, by using a sparse DOA estimation algorithm with fourth-order cumulants (FOC) based error matrix estimation. Useful cumulants are designed and extracted to estimate the gain and the phase errors in the transmit array and the receive array, thus a reliable error matrix is obtained. Then the proposed algorithm reduces the gain-phase error matrix to a low dimensional one. Finally, with the updated gain-phase error matrix, the FOC-based reweighted sparse representation framework is introduced to achieve accurate DOA estimation. Thanks to the fourth-order cumulants based gain-phase error matrix estimation, and the reweighted sparse representation framework, the proposed algorithm performs well for both white and colored Gaussian noises, and provides higher angular resolution and better angle estimation performance than reduced-dimension MUSIC (RD-MUSIC), adaptive sparse representation (adaptive-SR) and ESPRIT-based algorithms. Simulation results verify the effectiveness and advantages of the proposed method.     

加权低秩矩阵恢复的混合噪声图像去噪

传统的基于低秩矩阵恢复的图像去噪算法只对低秩部分进行约束,当高斯噪声过大时,会导致去噪不充分或细节严重丢失。针对此问题,提出了一种新的鲁棒的图像去噪模型。该模型在原有的低秩矩阵核范数约束的基础上引入高斯噪声约束项,此外为了提高低秩矩阵的低秩性和稀疏矩阵的稀疏性,引入了加权的方法。为了考察方法的去噪能力,选取了不同参数类型的混合噪声图像进行仿真,并结合峰值信噪比、结构相似度评价标准与传统的基于低秩矩阵恢复的图像去噪算法进行对比。实验结果表明,加权低秩矩阵恢复的混合噪声图像去噪算法能增加低秩矩阵的低秩性和稀疏矩阵的稀疏性,在保证去噪效果的同时,保留了图像的细节信息,具有更佳的视觉效果,同时,客观评价指标均有所提高。     

联合判别性低秩类字典与稀疏误差字典学习的人脸识别

目的 由于受到光照变化、表情变化以及遮挡的影响,使得采集的不同人的人脸图像具有相似性,从而给人脸识别带来巨大的挑战,如果每一类人有足够多的训练样本,利用基于稀疏表示的分类算法（SRC）就能够取得很好地识别效果。然而,实际应用中往往无法得到尺寸大以及足够多的人脸图像作为训练样本。为了解决上述问题,根据基于稀疏表示理论,提出了一种基于联合判别性低秩类字典以及稀疏误差字典的人脸识别算法。每一类的低秩字典捕捉这类的判别性特征,稀疏误差字典反映了类变化,比如光照、表情变化。方法 首先利用低秩分解理论得到初始化的低秩字典以及稀疏字典,然后结合低秩分解和结构不相干的理论,训练出判别性低秩类字典和稀疏误差字典,并把它们联合起来作为测试时所用的字典;本文的方法去除了训练样本的噪声,并在此基础上增加了低秩字典之间的不相关性,能够提高的低秩字典的判别性。再运用l₁范数法（同伦法）求得稀疏系数,并根据重构误差进行分类。结果 针对Extended Yale B库和AR库进行了实验。为了减少算法执行时间,对于训练样本利用随机矩阵进行降维。本文算法在Extended Yale B库的504维每类32样本训练的识别结果为96.9%。在无遮挡的540维每类4样本训练的AR库的实验结果为83.3%,1 760维的结果为87.6%。有遮挡的540维每类8样本训练的AR库的结果为94.1%,1 760维的结果为94.8%。实验结果表明,本文算法的结果比SRC、DKSVD（Discriminative K-SVD）、LRSI（Low rank matrix decomposition with structural incoherence）、LRSE+SC（Low rank and sparse error matrix+sparse coding）这4种算法中识别率最高的算法还要好,特别在训练样本比较少的情况下。结论 本文所提出的人脸识别算法具有一定的鲁棒性和有效性,尤其在训练样本较少以及干扰较大的情况下,能够取得很好地识别效果,适合在实际中进行应用。     

Structured Sparse Coding With the Group Log-regularizer for Key Frame Extraction

Key frame extraction based on sparse coding can reduce the redundancy of continuous frames and concisely express the entire video. However, how to develop a key frame extraction algorithm that can automatically extract a few frames with a low reconstruction error remains a challenge. In this paper, we propose a novel model of structured sparse-coding-based key frame extraction, wherein a nonconvex group log-regularizer is used with strong sparsity and a low reconstruction error. To automatically extract key frames, a decomposition scheme is designed to separate the sparse coefficient matrix by rows. The rows enforced by the nonconvex group log-regularizer become zero or nonzero, leading to the learning of the structured sparse coefficient matrix. To solve the nonconvex problems due to the log-regularizer, the difference of convex algorithm (DCA) is employed to decompose the log-regularizer into the difference of two convex functions related to the l₁ norm, which can be directly obtained through the proximal operator. Therefore, an efficient structured sparse coding algorithm with the group log-regularizer for key frame extraction is developed, which can automatically extract a few frames directly from the video to represent the entire video with a low reconstruction error. Experimental results demonstrate that the proposed algorithm can extract more accurate key frames from most SumMe videos compared to the state-of-the-art methods. Furthermore, the proposed algorithm can obtain a higher compression with a nearly 18% increase compared to sparse modeling representation selection (SMRS) and an 8% increase compared to SC-det on the VSUMM dataset.      

低秩约束的非线性属性选择算法

针对高维的数据中往往存在非线性、低秩形式和属性冗余等问题,提出一种基于核函数的属性自表达无监督属性选择算法——低秩约束的非线性属性选择算法（LRNFS）。首先,将每一维的属性映射到高维的核空间上,通过核空间上的线性属性选择去实现低维空间上的非线性属性选择;然后,对自表达形式引入偏差项并对系数矩阵进行低秩与稀疏处理;最后,引入核矩阵的系数向量的稀疏正则化因子来实现属性选择。所提算法中用核矩阵来体现其非线性关系,低秩考虑数据的全局信息进行子空间学习,自表达形式确定属性的重要程度。实验结果表明,相比于基于重新调整的线性平方回归（RLSR）半监督特征选择算法,所提算法进行属性选择之后作分类的准确率提升了2.34%。所提算法解决了数据在低维特征空间上线性不可分的问题,提升了属性选择的准确率。     

一种新的低秩分块稀疏表示的人脸识别算法

针对 人脸图像中表情变化、遮挡、光照的问题,本文提出了一种新颖的基于低秩分块稀疏表示的 人脸识别算法。该算法采用了一种新的结构不相关的低秩矩阵恢复方法,同时采用离散余弦 变换方法联合处理人脸图像中遮挡、掩饰和光照的问题,对处理过的图片采用一种独特的重 叠分块方法,利用冗余信息有效地提高了算法的识别率。在分类阶段,利用Alignment pool ing的方法,有效地提高了识别速度。该算法在标准人脸数据库上进行了多次实验,实验结 果表明：与现有人脸识别算法相比,算法的识别准确率和计算效率都得到了一致提高。     

Robust alternative minimization for matrix completion

Recently, much attention has been drawn to the problem of matrix completion, which arises in a number of fields, including computer vision, pattern recognition, sensor network, and recommendation systems. This paper proposes a novel algorithm, named robust alternative minimization (RAM), which is based on the constraint of low rank to complete an unknown matrix. The proposed RAM algorithm can effectively reduce the relative reconstruction error of the recovered matrix. It is numerically easier to minimize the objective function and more stable for large-scale matrix completion compared with other existing methods. It is robust and efficient for low-rank matrix completion, and the convergence of the RAM algorithm is also established. Numerical results showed that both the recovery accuracy and running time of the RAM algorithm are competitive with other reported methods. Moreover, the applications of the RAM algorithm to low-rank image recovery demonstrated that it achieves satisfactory performance.     

非负局部约束低秩子空间聚类算法

在低秩表示算法的基础上,提出了一个新模型。新模型构建了揭示数据内在特征联系的亲和度图以实现聚类任务。首先,根据矩阵分解原理对原始数据重新生成数据字典,在算法初始输入时筛除部分噪声。其次,利用数据间的稀疏性加强局部约束,为给定的数据向量构建非负低秩亲和度图。亲和度图中边的权重由非负低秩稀疏系数矩阵获得,系数矩阵通过每个数据样本作为其他数据样本的线性组合完成构建,如此获得的亲和度图显示了数据的子空间结构,同时表现局部线性结构。与现存的子空间算法相比,非负局部约束低秩子空间算法在聚类效果上有明显的提升。     

基于RPCA的图像模糊边缘检测算法

针对传统边缘检测方法未能在抗噪性能与边缘检测精度之间取得较好的权衡的问题,利用鲁棒主成分分析模型良好的矩阵恢复能力与图像模糊边缘检测算法较佳的边缘检测性能,提出一种基于RPCA的图像模糊边缘检测算法,将图像的边缘检测问题转化为图像主成分的边缘检测问题。该算法对含噪图像进行RPCA分解,得到对应的稀疏图像和低秩图像,再用一种基于阈值的隶属函数将低秩图像转化至等效的模糊特征平面,并在该特征平面上进行模糊增强运算,最后进行空域转化及边缘提取等操作得到最终的边缘图像。实验结果表明,该算法提高了边缘定位的精度,对不同类型、不同强度的噪声均具有较好的抑制能力,适用于对实时性要求不高的图像处理。     

基于低秩矩阵恢复的DOA稀疏重构方法

为提高非均匀噪声下波达方向（direction of arrival,DOA）角估计算法的估计精度和分辨率,基于低秩矩阵恢复理论,提出了一种二阶统计量域下的加权L1稀疏重构DOA估计算法。该算法基于低秩矩阵恢复方法,引入弹性正则化因子将接收信号协方差矩阵重构问题转换为可获得高效求解的半定规划（semidefinite programming,SDP）问题以重构无噪声协方差矩阵;而后在二阶统计量域下利用稀疏重构加权L1范数实现DOA参数估计。数值仿真表明,与传统MUSIC、L1-SVD及加权L1算法相比,所提算法能显著抑制非均匀噪声影响,具有较好的DOA参数估计性能,且在低信噪比条件下,所提算法具有较高的角度分辨力和估计精度。     

基于低秩和图拉普拉斯的属性选择算法

针对无监督属性选择算法使用单一方法,未考虑数据间内在相关性和噪声等问题,提出一种基于属性自表达的低秩无监督属性选择算法。算法首先将稀疏正则化（[l2,1-]范数）引入属性自表达损失函数中实现无监督稀疏学习,其次在系数矩阵中加入低秩约束以降低噪声和离群点的影响,然后利用低秩结构和图拉普拉斯正则化使子空间学习兼顾数据的全局和局部结构,最后通过属性自表达实现无监督学习。经数据集上多次迭代验证,该算法能够快速收敛并达到全局最优,与SOGFS、PCA、LPP、RSR等四种算法相比分类准确率平均提高了16.11%、14.03%、9.92%和4.2%,并且在各数据集上互信息平均值也是最高的,说明该算法有效、高效。