图像的多成分混合字典压缩感知表示及重构

信号分解的稀疏程度决定了压缩感知重构信号的精度,针对标准正交基稀疏程度的不足,提出了基于混合字典的压缩感知图像分解和重构方法。构建匹配图像边缘和纹理的二维Gabor字典,将图像在离散余弦字典与建立的二维Gabor字典上进行混合稀疏分解,得到图像的光滑成分、边缘成分和纹理成分。对得到的稀疏成分进行CS观测,通过求解一个优化问题重构图像。实验结果表明,构造的混合字典能够对图像进行更加稀疏的表示,在相同的采样率下,图像的重构质量优于标准正交基分解。     

基于多种群离散差分进化的图像稀疏分解算法

从过完备字典中得到图像的最稀疏表示是一个NP难问题,即使是次优的匹配追踪也相当复杂.针对Gabor多成份字典,提出基于多种群离散差分进化的图像稀疏分解算法.该算法采用3个子种群在不同成份子字典中搜索最佳匹配原子,父代通过多种变异算子生成多个子代,保持群体多样性,同时引入相关系数避免残差更新时多原子匹配重叠的问题.实验表明相比于快速匹配追踪算法,在稀疏逼近性能相当的情况下,文中算法的稀疏分解速度更快;与其他基于进化算法的稀疏分解方法相比,文中算法的稀疏逼近性能更优.最后的结果分析验证文中算法参数设置的合理性.     

基于结构相似保真的图像稀疏表示模型

过完备图像稀疏表示是一种最新的图像表示模型,采用过完备字典中原子的线性组合形式实现图像的稀疏表示.传统的过完备图像稀疏表示模型采用重建误差的平方和作为保真项.该保真项没有充分考虑到人眼对图像的感知特性,无法度量图像中边缘、轮廓、纹理等局部几何结构的变化.本文基于过完备稀疏表示理论思想,建立了新的稀疏性正则化的图像稀疏表示模型.模型中的正则项约束图像表示系数的稀疏性,保真项采用更符合视觉感知的结构相似性度量.基于正交匹配追踪算法,提出了基于结构相似度的正交匹配追踪算法.实验结果表示,新的模型能够更好地重构图像的结构信息,获得更好的重建视觉效果.     

图像稀疏表示的结构自适应子空间匹配追踪算法研究

如何设计高效的图像稀疏表示模型及其分解算法是稀疏表示领域的研究热点.文中首先构建了图像的结构自适应多成分稀疏表示模型,该模型采用相对阈值标准对图像进行结构自适应的四叉树区域剖分,并将其分类为平滑、边缘和纹理结构的同性区域,构建与其结构形态相一致的多成分字典进行表示.进一步提出了一种结构自适应的子空间匹配追踪图像稀疏分解算法,将每一区域只在与其结构类型相一致的单一结构类型子成分字典中进行低维子空间搜索,降低了图像维数与字典搜索复杂度,提高了稀疏分解效率.实验结果验证了文中算法的有效性.     

基于多重解析字典学习和观测矩阵优化的压缩感知

文中提出了一种基于子空间解析字典学习和观测矩阵优化的图像压缩感知算法.该算法根据图像的局部方向特征,将整个图像空间分成多个子空间,并且采用几何共轭梯度算法分别在各个子空间学习解析字典,以实现对不同子空间图像块的最优稀疏表示.在图像重构过程中,首先在所有的子空间对每个图像块分别进行估计,然后根据稀疏表示最小误差准则获得每个图像块的最优估计.为了进一步提高图像重构质量,文中通过对不同子空间的图像块进行线性判别分析获得优化观测矩阵.实验表明文中算法可以实现高质量的压缩感知图像重构.     

基于小波域压缩感知的遥感图像超分辨算法

针对单字典表达复杂多样的图像纹理存在一定的局限性的问题,利用压缩感知和小波理论建立了一种多字典遥感图像超分辨算法。首先,对训练图像在小波域的不同频带利用K-奇异值分解（K-SVD）算法建立不同的字典;然后,利用全局限制求取高分辨率图像的初始解;最后,利用正交匹配追踪算法（OMP）对初始解在小波域进行多字典稀疏求解。实验结果表明,相比基于单字典的超分辨重建算法,结果图像的主观视觉效果有很大提高,客观评价指标的峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）分别提高2.8 dB以上和0.01以上。字典可一次建立重复使用,降低了运算时间。     

基于截断核范数低秩分解的自适应字典学习算法

针对过完备字典直接对图像进行稀疏表示不能很好地剔除高频噪声的影响,压缩感知后图像重构质量不高的问题,提出了基于截断核范数低秩分解的自适应字典学习算法。该算法首先利用截断核范数正则化低秩分解模型对图像矩阵低秩分解得到低秩部分和稀疏部分,其中低秩部分保留了图像的主要信息,稀疏部分主要包含高频噪声及部分物体轮廓信息;然后对图像低秩部分进行分块,依据图像块纹理复杂度对图像块进行分类;最后使用K奇异值分解（K-single value decomposition, K-SVD）字典学习算法,针对不同类别训练出多个不同大小的过完备字典。仿真结果表明,本文所提算法能够对图像进行较好的稀疏表示,并在很好地保持图像块特征一致性的同时显著提升图像重构质量。     

多尺度脊波字典的构造及其在图像编码中的应用

在变换域图像编码技术中,图像的稀疏表示是编码的关键。该文在分析了脊波函数的缺陷的基础上,首先提出了一种多尺度脊波字典的构造方法,并通过树形结构对原子进行组织,加快了图像稀疏分解中最匹配原子的搜索速度;然后提出了一种基于树形多尺度脊波字典的匹配追踪静态图像编码方法;最后通过对量化失真与编码速率的分析,结合稀疏分解系数的分布,提出了系数的自适应量化和编码方案。实验结果表明,多尺度脊波字典能够对图像进行有效的稀疏表示;与JPEG2000相比,新的编码算法具有更好的编码性能,尤其在低比特率条件下。     

基于稀疏表达的遥感影像超分辨率重建

针对其他超分辨率重建方法数据冗余量大,较为繁琐的问题,基于"稀疏表达"具备模型简单、容易理解、容易操作的特点,提出利用"稀疏表达"理论进行遥感图像的超分辨率重建的设想。先将整个图像空间分为几个不同的子空间,然后在各子空间内构建与正交匹配追踪算法迭代过程中各层面几何结构相适应的分层字典,即利用退化的遥感影像训练过完备字典。     

基于压缩感知的K L分解语音稀疏表示算法

为克服稀疏基在KLT域不便传输的不足,提出一种基于Karhunen-Loeve(K-L)正交分解的语音稀疏表示算法.结合压缩感知理论,建立语音自相关模型并求解Fredholm积分方程,采用二分法估计出可实时传输的模型参数,构造非相干字典;然后用随机矩阵对语音在字典上的稀疏投影系数进行观测获得低维观测值.重构结果表明:相比已有的稀疏表示算法,本文算法的字典匹配性更好,且具有较好的语音质量.     

Pixel-level image fusion with simultaneous orthogonal matching pursuit

Pixel-level image fusion integrates the information from multiple images of one scene to get an informative image which is more suitable for human visual perception or further image-processing. Sparse representation is a new signal representation theory which explores the sparseness of natural signals. Comparing to the traditional multiscale transform coefficients, the sparse representation coefficients can more accurately represent the image information. Thus, this paper proposes a novel image fusion scheme using the signal sparse representation theory. Because image fusion depends on local information of source images, we conduct the sparse representation on overlapping patches instead of the whole image, where a small size of dictionary is needed. In addition, the simultaneous orthogonal matching pursuit technique is introduced to guarantee that different source images are sparsely decomposed into the same subset of dictionary bases, which is the key to image fusion. The proposed method is tested on several categories of images and compared with some popular image fusion methods. The experimental results show that the proposed method can provide superior fused image in terms of several quantitative fusion evaluation indexes.     

HSR: <Emphasis Type="Italic">L</Emphasis><Subscript>1/2</Subscript>-regularized sparse representation for fast face recognition using hierarchical feature selection

In this paper, we propose a novel method for fast face recognition called L _1/2-regularized sparse representation using hierarchical feature selection. By employing hierarchical feature selection, we can compress the scale and dimension of global dictionary, which directly contributes to the decrease of computational cost in sparse representation that our approach is strongly rooted in. It consists of Gabor wavelets and extreme learning machine auto-encoder (ELM-AE) hierarchically. For Gabor wavelets’ part, local features can be extracted at multiple scales and orientations to form Gabor-feature-based image, which in turn improves the recognition rate. Besides, in the presence of occluded face image, the scale of Gabor-feature-based global dictionary can be compressed accordingly because redundancies exist in Gabor-feature-based occlusion dictionary. For ELM-AE part, the dimension of Gabor-feature-based global dictionary can be compressed because high-dimensional face images can be rapidly represented by low-dimensional feature. By introducing L _1/2 regularization, our approach can produce sparser and more robust representation compared to L ₁-regularized sparse representation-based classification (SRC), which also contributes to the decrease of the computational cost in sparse representation. In comparison with related work such as SRC and Gabor-feature-based SRC, experimental results on a variety of face databases demonstrate the great advantage of our method for computational cost. Moreover, we also achieve approximate or even better recognition rate.     

Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别

稀疏编码中字典的选择无论对图像重建还是模式分类都有重要影响,为此提出Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别算法.考虑到Gabor局部特征对光照、表情和姿态等变化的鲁棒性,首先提取图像对应不同方向、不同尺度的多个Gabor特征;然后将降维的增广Gabor特征矩阵作为初始特征字典,通过对该字典的学习得到字典原子对应类别标签的新结构化字典,新字典中特定类的子字典对相关的类具有好的表示能力,同时应用Fisher判别约束编码系数,使它们具有小的类内散度和大的类间散度;最后同时用具有判别性的重构误差和编码系数来进行模式分类.基于3个数据库的实验结果表明本文方法具有可行性和有效性.     

基于Gabor小波和稀疏表示的人脸表情识别

通过分析Gabor小波和稀疏表示的生物学背景和数学特性,提出一种基于Gabor小波和稀疏表示的人脸表情识别方法。采用Gabor小波变换对表情图像进行特征提取,建立训练样本Gabor特征的超完备字典,通过稀疏表示模型优化人脸表情图像的特征向量,利用融合识别方法进行多分类器融合识别分类。实验结果表明,该方法能够有效提取表情图像的特征信息,提高表情识别率。     

基于Gabor特征和支持向量引导字典学习的人脸识别

稀疏编码中的字典学习在稀疏表示的图像识别中扮演着重要的作用。由于Gabor特征对表情、光照和姿态等变化具有一定的鲁棒性,提出一种基于Gabor特征和支持向量引导字典学习（GSVGDL）的稀疏表示人脸识别算法。先提取图像的Gabor特征,然后用增广Gabor特征矩阵来构造初始字典。字典学习模型中综合了重构误差项、判别项和正则化项,判别项公式化定义为所有编码向量对平方距离的加权总和;通过字典学习同时得到字典原子与类别标签相对应的结构化字典和线性分类器。该字典学习方法能够自适应地为不同的编码向量对分配不同的权值,提高了字典的判别性能。实验结果表明该方法具有很好的识别精度和较高的识别效率。     

基于多尺度脊波字典的图像去噪算法

基于人眼视觉系统特性,根据图像几何结构特征,提出一种多尺度脊波字典的构造方法。构造出的多尺度脊波字典具有多分辨率、多尺度、各向异性和多方向等特性,能够更为稀疏地表示图像,从而得到一种基于多尺度脊波字典的稀疏性约束图像去噪算法。实验结果表明,该去噪算法能有效去除噪声,更好地保留图像的边缘等细节。     

基于对称Gabor特征和稀疏表示的人脸识别

受启发于人脸近似对称的先验知识,提出一种基于对称Gabor特征的稀疏表示算法并成功运用于人脸识别。首先把人脸图像进行镜像变换得到其镜像图像,进而将人脸分解为奇偶对称脸。在奇偶对称脸上分别提取Gabor特征,得到Gabor奇偶对称特征。通过一个加权因子,将奇偶特征融合生成新的特征。最后用这种新的特征构成超完备字典进行稀疏表示人脸分类。在人脸数据库AR和FERET上的实验结果表明所提算法在人脸有表情、姿势和光照变化情况下仍能获得较高的识别率。     

自适应加权特征字典与联合稀疏相结合的遥感目标检测

随着分辨率的提高,遥感图像空间包含的有用信息越来越丰富,这使得遥感数据的处理变得更加复杂,容易发生维数灾难并影响识别效果。针对这一情况,提出一种自适应加权特征字典与联合稀疏相结合的遥感图像目标检测方法(GJ-SRC)。首先将训练图像和待测图像进行Gabor变换以提取特征图像。然后计算各个特征值在进行稀疏表示时的贡献权重,通过自适应方法构造特征字典,使字典具有更强的判别能力。最后,提取每一类图像的公共特征和单个图像的私有特征构成联合字典,并利用测试图像稀疏表示进行目标检测识别。为了避免Gabor变换产生的维数灾难,在处理过程中采用PCA方法对特征字典进行降维,以降低计算成本。实验表明,与现有的SRC方法和遥感目标检测方法等相比,所提方法具有较好的检测效果。