基于块稀疏贝叶斯学习的SAR图像目标方位角估计方法

提出了一种基于块稀疏贝叶斯学习的合成孔径雷达（Synthetic aperture radar,SAR）图像目标方位角估计方法。SAR图像具有较强的方位角敏感性,因此对于具有某一方位角的SAR图像仅能与其具有相近方位角的样本具有较高的相关性。方法基于稀疏表示的基本思想,首先对所有训练样本按照方位角顺序排列为全局字典。在此条件下,待估计样本在该字典上的线性表示系数具有块稀疏特性,即非零表示系数主要聚集在字典上的某一局部区域。求解得到的块稀疏位置包含的训练样本可以有效地反映待估计样本的方位角信息。采用块稀疏贝叶斯学习（Block sparse Bayesian learning, BSBL）算法求解全局字典上的稀疏表示系数,并根据具有最小重构误差的原则获得最佳的局部分块。在获取最佳分块的基础上,方位角计算方法采用线性加权的方式综合了该分块区间内所有训练样本的方位角信息从而获得更为稳健的估计结果。所提出的方法在充分考察SAR图像方位角敏感性的基础上,综合运用局部区间内样本的有效信息,避免了基于单一样本估计的不确定性。为了验证所提出方法的有效性,基于Moving and stationary target acquisition and recognition （MSTAR）数据集进行了方位角估计实验并与几类经典方法进行对比分析。实验结果验证了所提出方法的性能优势。     

基于稀疏表示和道路辅助的单幅SAR图像运动目标检测方法

本文提出一种利用单幅SAR(Synthetic Aperture Radar)图像实现运动目标检测的方法.首先提出一种基于压缩感知的SAR图像道路检测算法:根据SAR图像中道路的特点,使用模糊C均值方法将图像进行模糊分类,获得大致的道路区域,然后利用Hough变换域的稀疏性,用压缩感知精确定位图像中的道路信息.其次利用图像稀疏表示的方法对运动目标进行检测:不同速度运动目标的散焦量和距离单元跨越不同,由此生成样本图像,继而构造超完备字典.将待测图像分块,并计算子图像在字典下的稀疏系数,检测并匹配出运动目标的速度参数.最后,结合已检测出的道路辅助信息,消除多普勒模糊影响,剔除虚假的运动目标,并对运动目标速度参数进行校正.实验结果证明了所提方法的有效性.     

基于图像块分类稀疏表示的超分辨率重构算法

 目前基于图像块稀疏表示的超分辨率重构算法对所有图像块都用同一字典表示,不能反映不同类型图像块间的差别.针对这一缺点,本文提出基于图像块分类稀疏表示的方法.该方法先利用图像局部特征将图像块分为平滑、边缘和不规则结构三种类型,其中边缘块细分为多个方向.然后利用稀疏表示方法对边缘和不规则结构块分别训练各自对应的低分辨率和高分辨率字典.重构时对平滑块利用简单双三次插值方法,边缘和不规则结构块由其对应的高、低分辨率字典通过正交匹配追踪算法重构.实验结果表明,与单字典稀疏表示算法相比,本文算法对图像边缘部分重构质量明显改善,同时重构速度显著提高.     

基于图像稀疏表示的红外小目标检测算法

基于超完备字典的图像稀疏表示是一种新的图像表示理论,利用超完备字典的冗余性可以有效地捕捉图像的各种结构特征,从而实现图像的有效表示.针对红外小目标检测问题,提出了一种基于图像稀疏表示的检测方法,该方法采用二维高斯模型生成样本图像,继而构造超完备目标字典,然后依次提取测试图像的图像子块并计算其在超完备字典中的表示系数,背...     

基于小波字典稀疏表示的SAR图像目标识别

针对稀疏表示识别算法在图像域构造冗余字典时过分依赖预处理及原子维数较大的问题,提出基于小波字典的 SAR图像稀疏表示识别算法。首先采用二维离散小波变换将原始图像变换到小波域,建立小波域 SAR图像特征模型,得出小波域低频成分可充分表征目标类别信息的结论。然后取小波域低频成分进行2DPCA特征抽取构造小波字典,最后由改进 OMP 算法稀疏分解系数得到识别结果。SAR MSTAR数据的实验结果表明,在无预处理的情况下识别率高达99％,并且在含噪比10％的情况下识别率仍达96％。     

Adaptive Sparse Constraint Image Super-Resolution Reconstruction Method

简要介绍了基于稀疏字典约束的超分辨力重建算法,提出了具有低复杂度的基于K均值聚类的自适应稀疏约束图像超分辨力重建算法.所提算法从两个方面降低其计算复杂度:分类训练字典,对图像块归类重建,降低每个图像块所用字典的大小;对图像块的特征进行分析,自适应地选择重建方法.实验结果表明,提出的快速重建方法在重建质量与原算法相当的前提下,可以较大程度地降低重建时间.     

基于小波字典稀疏表示的SAR图像目标识别

针对稀疏表示识别算法在图像域构造冗余字典时过分依赖预处理及原子维数较大的问题,提出基于小波字典的SAR图像稀疏表示识别算法。首先采用二维离散小波变换将原始图像变换到小波域,建立小波域SAR图像特征模型,得出小波域低频成分可充分表征目标类别信息的结论。然后取小波域低频成分进行2DPCA特征抽取构造小波字典,最后由改进OMP算法稀疏分解系数得到识别结果。SAR MSTAR数据的实验结果表明,在无预处理的情况下识别率高达99%,并且在含噪比10%的情况下识别率仍达96%。     

基于稀疏优化的图像压缩感知重建算法

在信号的稀疏表示方法中,传统的基于变换基的稀疏逼近不能自适应性地提取图像的纹理特征,而基于过完备字典的稀疏逼近算法复杂度过高.针对该问题,文章提出了一种基于小波变换稀疏字典优化的图像稀疏表示方法.该算法在图像小波变换的基础上构建图像过完备字典,利用同一场景图像的小波变换在纹理上具有内部和外部相似的属性,对过完备字典进行灰色关联度的分类,有效提高了图像表示的稀疏性.将该新算法应用于图像信号进行稀疏表示,以及基于压缩感知理论的图像采样和重建实验,结果表明新算法总体上提升了重建图像的峰值信噪比与结构相似度,并能有效缩短图像重建时间.     

基于Gabor特征的稀疏表示纹理分割研究

稀疏表示和字典学习在图像去噪、图像重建和模式识别等应用上取得了良好的效果,其利用稀疏系数和重构误差来作为模式分类的判别准则。稀疏表示纹理分割方法是将图像分割问题转换为像素点的分类问题。但通常稀疏表示分类方法是基于图像块特征,难以准确表征图像纹理信息。为了解决上述问题,提出基于Gabor特征的稀疏表示纹理分割方法。因为Gabor特征对图像纹理信息的鲁棒性,算法首先从每类纹理中选择一些像素点作为训练样本,计算其不同尺度和方向下的Gabor特征,将其作为初始化字典,通过判别性的字典学习算法(D-KSVD)更新字典,该字典学习算法在KSVD基础上使得字典更具有类别判别能力,最后以待分割图像的每个像素点作为测试样本,计算其Gabor特征。利用OMP算法得到测试样本在字典下的稀疏系数,根据稀疏系数得到类标签,进而对像素点进行分类,完成分割。通过在Brodatz纹理库上的实验结果表明,该方法有效提高了稀疏表示算法对纹理图像分割的正确率。     

基于自适应子空间重建的杂波抑制

针对红外图像中背景杂波抑制困难的问题,提出了一种基于自适应子空间重建的杂波抑制方法.该方法首先根据稀疏编码理论,学习得到描述红外小目标的超完备字典,接着依次提取测试图像中的图像子块,并计算其在超完备字典中的表示系数,根据背景子块和红外小目标在稀疏域中表示系数的差异性,自适应地选择字典中的原子构成子空间对图像子块进行重构,从而得到原图与重构图像之间的残差图像.实验结果表明,该方法得到的残差图像,能够有效抑制杂波,提高红外图像的信噪比.     

Object tracking using discriminative sparse appearance model

Object tracking based on sparse representation formulates tracking as searching the candidate with minimal reconstruction error in target template subspace. The key problem lies in modeling the target robustly to vary appearances. The appearance model in most sparsity-based trackers has two main problems. The first is that global structural information and local features are insufficiently combined because the appearance is modeled separately by holistic and local sparse representations. The second problem is that the discriminative information between the target and the background is not fully utilized because the background is rarely considered in modeling. In this study, we develop a robust visual tracking algorithm by modeling the target as a model for discriminative sparse appearance. A discriminative dictionary is trained from the local target patches and the background. The patches display the local features while their position distribution implies the global structure of the target. Thus, the learned dictionary can fully represent the target. The incorporation of the background into dictionary learning also enhances its discriminative capability. Upon modeling the target as a sparse coding histogram based on this learned dictionary, our tracker is embedded into a Bayesian state inference framework to locate a target. We also present a model update scheme in which the update rate is adjusted automatically. In conjunction with the update strategy, the proposed tracker can handle occlusion and alleviate drifting. Comparative results on challenging benchmark image sequences show that the tracking method performs favorably against several state-of-the-art algorithms.     

结合字典稀疏表示和非局部相似性的自适应压缩成像算法

如何以较少的观测值重构出高质量的图像是压缩成像系统的一个关键问题.本文根据图像块随机投影能量大小分布特点,提出了一种新的自适应采样方式以及针对自适应采样的有效重构算法.重构时利用了图像在字典下的稀疏表示原理和图像的非局部相似性先验知识.为实现图像的稀疏表示,文中构造了由多个方向字典和一个正交DCT字典组成的冗余字典,并用l1范数作为约束条件求解稀疏优化问题.由于充分利用了图像块的局部特性和图像的非局部特性,本文的压缩成像算法在低采样率下能重构出较高质量的图像.     

融合局部加权余弦与稀疏表示的目标跟踪算法

针对目标跟踪算法的鲁棒性难题,在粒子滤波框架下提出基于联合模型的目标跟踪算法。首先,由局部加权余弦相似对目标模板和候选目标进行匹配,其中的局部加权算法增加了未受遮挡、形变等影响的候选目标的权重;其次,通过对目标区域局部图像块稀疏编码来表示目标观测模型,其中字典不进行更新,重建误差的构建考虑了局部图像块之间的空间布局;最后,利用最大后验概率估计目标状态。联合模型将目标的当前状态和原始状态都考虑在内,提高了观测模型的可靠性。实验结果表明,该算法具有较强的鲁棒性。     

特征聚类的局部敏感稀疏图像修复

针对图像修复过程中单一的字典迭代时间长、适应性差、修复效果不理想的缺点,提出了一种结合图像特征聚类与字典学习的改进的图像修复方式。首先破损的图像被分割成小块,并产生索引矩阵。然后使用控制核回归权值算法,对其进行图像聚类。通过对图像内在结构与未破损区域信息的挖掘,分割的图像块根据SKRW的相似性进行了分类。之后针对不同类型结构的图像,通过自适应局部明感字典学习的方式,获取每类字典的过完备字典。然后,通过构建自适应局部配适器,提高字典更新的收敛速度与稀疏字典的适应性。因为是通过多个字典匹配不同结构的图像,因此图像的稀疏表示更为准确。各个字典在达到收敛之前不断进行更新,而图像的稀疏因子也会随着改变。在对破损区域进行补丁更换之后,实现了对破损图像的修复。实验结果表明,该算法相较于目前的修复算法,视觉效果和客观评价上更好,且所需的修复时间更短。     

基于压缩感知的欠定图像盲源分离研究

系统阐述了利用稀疏成分分析(Sparse Component Analysis,SCA)算法进行欠定图像盲源分离。首先在估计出源图像个数的基础上,利用线性聚类估计混合矩阵;其次将压缩感知(Compressed Sensing,CS)应用到恢复源图像中。为了得到自适应的过完备稀疏字典来提高分离效果,提出了利用K均值奇异值分解(K-means Singular Value Decomposition,K-SVD)算法对过完备DCT字典循环迭代训练的思想,并对图像分块处理来减少计算复杂度;最后进行了仿真测试并对分离出的图像进行了分析和进一步处理。     

基于块分类稀疏表示的图像融合算法

针对基于单一字典训练稀疏表示的图像融合算法忽略图像局部特征的问题,提出了基于块分类稀疏表示的图像融合算法。此算法是根据图像局部特征的差异将图像块分为平滑、边缘和纹理三种结构类型,对边缘和纹理结构分别训练出各自的冗余字典。平滑结构利用算术平均法进行融合,边缘和纹理结构由对应字典利用稀疏表示算法进行融合,并对边缘结构稀疏表示中的残余量进行小波变换融合。实验结果证明,该算法相对于单一字典稀疏表示算法,在融合图像的主观评价和客观评价指标上都有显著改进,并且算法速度也有提高。     

自适应稀疏约束图像超分辨力重建方法

简要介绍了基于稀疏字典约束的超分辨力重建算法,提出了具有低复杂度的基于K均值聚类的自适应稀疏约束图像超分辨力重建算法。所提算法从两个方面降低其计算复杂度:分类训练字典,对图像块归类重建,降低每个图像块所用字典的大小;对图像块的特征进行分析,自适应地选择重建方法。实验结果表明,提出的快速重建方法在重建质量与原算法相当的前提下,可以较大程度地降低重建时间。     

基于稀疏编码的鲁棒型人脸超分辨率重建

为了减少人脸超分图像的边缘伪影和图像噪点,利用基于稀疏编码的单幅图像超分辨率重建算法,在字典学习阶段,结合L1范数引入在线字典学习方法,使字典根据当前输入图像块和上次迭代生成的字典逐列更新,得到更加精确的超完备字典对,用于图像重建.实验中进行的仿真结果表明,改进算法超分结果的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)比同类型的稀疏编码超分法(SCSR)和应用在线字典学习算法的超分方法(ODLSR)均有较大幅度提升,比后者平均提升0.72 dB和0.0187.同时,视觉上有效地消除了边缘伪影,且在处理含噪人脸图像时,具备更强的去噪能力和更好的鲁棒性.     

基于改进正交匹配追踪算法的压缩感知雷达成像方法

运算复杂度高是基于压缩感知(CS)的雷达成像方法走向实用亟待克服的难题。该文利用雷达目标散射率分布的稀疏性,研究了基于改进正交匹配追踪(OMP)算法的2维联合压缩成像方法。首先建立了步进频雷达回波的稀疏表示模型,根据稀疏字典和压缩测量的2维可分离特性,提出一种改进的OMP算法用于雷达图像形成,大大提高了计算效率,并很容易扩展到其他贪婪类算法中。从理论上对几种CS成像算法的性能及资源需求进行了分析比较,表明所提供的算法相比常规的CS算法在存储量和计算量上均具有显著的优势,仿真及暗室数据实验验证了所提成像算法的有效性。