基于冗余字典的联合稀疏同步迭代硬阈值算法

为了改进基于压缩感知(CS)的欠Nyquist采样系统在冗余字典条件下信号重构的效果,研究了基于ε-闭包的分块联合稀疏模型的同步迭代硬阈值(SIHT)算法。分析了采样系统基于多测量向量(MMV)的CS合成模型,提出了ε-闭包的分块相干性和约束等距特性(RIP)概念;在迭代过程中根据冗余字典分块相干性,对更新支撑集进行优选从而完成算法改进;给出了迭代收敛常数,并分析了改进型算法的收敛特性。仿真实验结果表明,相比传统算法,改进型算法在采样系统足够的通道数条件下重构成功率可达到100%,噪声抑制能力能够提高7 dB~9 dB,总运算时间可以降低至少37.9%,信号重构收敛速度更快。     

迭代硬阈值压缩感知重构算法——IIHT

研究了压缩感知信号重构算法的理论,针对迭代硬阈值(IHT)重构算法对测量矩阵的过分依赖、计算复杂度高、运算时间长的缺点,通过修订迭代硬阈值重构算法的代价函数和自适应地调整迭代步长的选取原则,设计了一种迭代硬阈值重构算法--IIHT。IIHT算法显著提高了信号精确重构的概率,降低了算法的计算复杂度,进一步减少了算法的运算时间,加快了算法的收敛速度。     

稀疏补分析模型下迭代硬阈值正交投影

为了从含噪声的测量矢量中重构信号,研究了稀疏补分析模型理论及其迭代硬阈值正交投影算法。通过采用稀疏补正交投影修改了稀疏补分析模型下迭代硬阈值算法的迭代追踪过程;分析了迭代步长和稀疏补取值大小对算法收敛速度和重构性能的影响,找出了选取最优迭代步长和最佳稀疏补取值方法;提出并实现了稀疏补分析模型下迭代硬阈值正交投影算法,给出了算法收敛的充分条件和重构信号误差范围。仿真实验结果表明,算法的平均运算时间仅仅为AIHT、AL1和GAP算法的19%、11%和10%;算法重构信号的综合平均峰值信噪比(PSNR)比AIHT算法提高了0.89dB,但比AIHT、AL1算法稍逊色。算法在满足给定条件下能够以高概率实现含噪信号重构,重构信号的综合平均PSNR与典型算相比没有明显下降,但运算时间大为缩短,收敛速度更快。     

基于回溯的共轭梯度迭代硬阈值重构算法

针对基于回溯的迭代硬阈值算法（BIHT）迭代次数多、重构时间长的问题,提出一种基于回溯的共轭梯度迭代硬阈值算法（BCGIHT）。首先,在每次迭代中采用回溯思想,将前一次迭代的支撑集与当前支撑集合并成候选集;然后,在候选集所对应的矩阵列张成的空间中选择新的支撑集,以此减少支撑集被反复选择的次数,确保正确的支撑集被快速找到;最后,根据前后迭代支撑集是否相等的准则来决定使用梯度下降法或共轭梯度法作为寻优方法,加速算法收敛。一维随机高斯信号重构实验结果表明,BCGIHT重构成功率高于BIHT及同类算法,重构时间低于BIHT 25%以上。Pepper图像重构实验结果表明,BCGIHT重构精度和抗噪性能与BIHT及同类算法相当,重构时间相较于BIHT减少50%以上。     

基于改进StOMP算法图像压缩感知重构*

在图像压缩感知重建中,一些算法能够取得好的重构效果,但耗时较长;一些算法耗时较短,但又不能取得精确解。针对重构效果和耗时不能兼得的问题,本文基于小波域稀疏,选用常规观测矩阵进行观测采样,通过对观测结果预定义滤波、选取信号硬阈值,引入共轭梯度下降算法,对分段正交匹配追踪（StOMP）重建算法进行改进。提出重建图像的边缘相似度概念,并对不同压缩比下的观测信号重建进行实验仿真。结果表明,相对于改进前StOMP算法,改进后StOMP算法在迭代收敛时间较短的情况下,重构效果提升。在主观评价上,重建图像噪声点明显减少;客观评价上,PSNR值提高,达到预期效果。     

基于SWOMP算法的EPMA影像优化重构

压缩感知历经多年发展,重构算法也比较多,其中分段弱正交匹配追踪（SWOMP）算法是一种改进算法,该算法对稀疏度没有要求,测量矩阵选择高斯矩阵,但是其重构效果并不理想。针对该算法的不足,同时结合电子探针影像,对该算法进行优化。该优化充分利用傅里叶矩阵的优势,同时对迭代次数和门限参数进行调整。首先,对常用的矩阵进行多次试验,找出最优质的测量矩阵——傅里叶正交矩阵;其次,对迭代次数和阈值进行修改,寻找最佳参数搭配,提高该算法重构质量。实验结果表明,本文方法在电子探针图像上的重构效果较好,达到超分辨率恢复要求,所重构的图像质量高于原有算法。     

基于混合梯度的硬阈值追踪算法

针对压缩感知（CS）中迭代硬阈值类算法迭代次数多、重构时间长的问题,提出了一种基于混合梯度的硬阈值追踪（HGHTP）算法。首先,在每次迭代中计算当前迭代点处的梯度和共轭梯度,将梯度域与共轭梯度域下的支撑集混合取并集作为下一次迭代的候选支撑集,充分利用共轭梯度在支撑集选择策略中的有用信息,优化支撑集选择策略;然后,采用最小二乘法对候选支撑集进行二次筛选,快速精确地定位正确的支撑并更新稀疏系数。一维随机信号重构实验结果表明,HGHTP算法相较于同类迭代硬阈值算法,在保证重构成功率的前提下,需要的迭代次数更少。二维图像重构实验结果表明,HGHTP算法的重构精度和抗噪性能优于同类迭代阈值类算法,在保证重构精度的情况下,HGHTP算法的重构时间相比同类算法减少了32%以上。     

分段正交匹配追踪（StOMP）算法改进研究

信号重构是压缩感知的核心技术之一,而其重构精度和所耗时长直接影响其应用效果。现今分段正交匹配追踪算法（StOMP）因耗时短而得到广泛应用,但也存在着重构精度差、稳定性低的缺点。提出一种基于粒子群优化（PSO）算法且同时具有回溯特性的StOMP改进算法（ba-IWPSO-StOMP）,即首先在StOMP算法的一次原子选择上,引入回溯策略,实现原子的二次筛选;在每次迭代计算中,使用具有惯性权重指数递减的PSO（IWPSO）算法对传感矩阵中部分原子进行优化,从而实现更高精度,更少迭代次数的信号重构。对一维信号和二维图像的重构结果表明,在稀疏条件相同的情况下,算法在收敛时间较短的情况下,其重构精度明显优于StOMP等同类算法。     

可压缩传感重构算法与近似QR分解

讨论了可压缩传感CS重构算法,并提出了一种新的改进算法效率、提高图像质量的方法,即：测量矩阵的近似QR分解。精确的重构算法（极小化L0范数）是一个NP完全问题,而这种算法的一个近似估计（极小化L1范数）能够对信号或图像高效率地重构。本文研究了L1算法的重构效果,通过改变测量矩阵的奇异值能够提高算法的重构效率。对测量矩阵的近似QR分解进行了研究,并给出了对测量矩阵的一些改进和相关的实验。     

可实现图像自修复的压缩感知超分辨率成像

为了在不增加系统复杂度的前提下实现对降质图像的传输、修复及超分辨率成像,基于压缩感知理论和图像的退化模型建立了一个新型的压缩感知系统.该系统利用图像退化模型中降采样操作和模糊算子改进测量矩阵,并提出了基于小波-Shearlet的图像变换作为稀疏表示方法,在重构端结合迭代硬阈值算法重建图像.实验结果表明,文中系统在重构图像的质量和运算效率上均具备一定优势.     

自适应IQA阈值序列图像NLM超分辨重建方法

序列图像超分辨率（super resolution,SR）算法可以利用多帧低分辨率图像之间的互补信息重建出一张高分辨率结果。传统非局部均值（non-local means,NLM）超分辨率重建方法的迭代次数选取和最佳SR重建结果筛选过程高度依赖使用者经验值和主观评价,这极大地增加了算法复杂度,降低了算法的鲁棒性。为了解决这两个问题,提出一种基于图像质量评价（image quality assessment,IQA）自适应阈值的NLM超分辨重建算法。通过设计一种SR重建结果质量评价指标,将该指标引入到NLM重建算法中：一方面作为阈值,用以确定算法迭代收敛条件;另一方面作为评价标准,用以筛选多个输出结果中重建效果最佳的高分辨率图像。实验结果表明,提出的算法能在有效保证鲁棒性的同时,极大地提升NLM超分辨率重建算法的运算效率。     

动态权重的蝙蝠算法在图像分割中的应用研究

传统的最小交叉熵阈值分割法（MCET）采用穷举的搜索形式，存在计算复杂度大、分割效率低的缺点，在很大程度上限制了该方法的应用。针对最小交叉熵分割法存在的不足，提出采用改进蝙蝠算法（BA）来搜索阈值的最优解。对BA算法中的权重参数做自适应调整，将随着迭代次数变化而变化的时变惯性权重策略应用于BA算法更新公式，给出三种不同的改进策略解决原始BA算法在靠近最优解时收敛速度下降的问题。将改进后的最优BA算法（IBA）应用于最小交叉熵多阈值图像分割中，与基本BA算法、改进的粒子群优化算法（IPSO）、模糊聚类方法（FC）三种方法进行对比性实验。实验结果表明，提出的IBA算法运算速度和分割精度效果明显提升。     

量化压缩感知在语音压缩编码中的应用

利用语音信号在离散余弦变换（ DCT）域的近似稀疏性和量化压缩感知理论,文中提出一种基于量化压缩感知的语音压缩编码方案。编码端利用压缩感知技术,将语音信号投影成数据量大大减少的观测序列,然后对观测序列采用Lloyd-Max量化得到量化后的观测样值;解码端直接利用量化后的观测样值,结合重构算法重构出原始语音信号的DCT系数,经过DCT反变换得到重构后的语音信号,并采用后置低通滤波器改善重构语音的听觉效果。该编码方案解码端不需要进行反量化,而是直接利用量化后的观测样值进行重构,有效降低了解码端的运算量及复杂度。仿真结果表明：采用量化迭代硬阈值（QIHT）算法重构效果优于迭代硬阈值算法（IHT）,重构语音的信噪比能达到20 dB以上,MOS分达到3.26。     

基于分布式压缩感知的能量收集WSNs

针对无线传感器网络（WSNs）通信功耗和带宽要求高,引起节点寿命短的缺陷,利用WSNs节点感知数据的空间相关性和联合稀疏模型,结合分布式压缩感知（DCS）算法,提出了从能源收集的角度来分析对WSNs数据的压缩重构。通过理论和实验仿真表明：基于DCS的WSNs,在能源平衡方面具有很大的优势,在保证重构信号精确度的前提下大大提高了能源的有效利用率。     

基于自适应搜索窗口的序列相似比对算法

DTW（Dynamic Time Warping）算法被广泛应用于序列数据比对,以度量序列间距离,但算法较高的时间复杂度限制了其在长序列比对上的应用。提出基于自适应搜索窗口的序列相似比对算法（ADTW）,算法利用分段聚集平均（Piecewise Aggregate Approximation,PAA）策略进行序列抽样得到低精度序列,然后计算低精度序列下的比对路径,并根据低精度距离矩阵上的梯度变化预测路径偏差,限制路径搜索窗口的拓展范围;随后算法逐步提高序列精度,并在搜索窗口内修正路径、计算新的搜索窗口,最终,实现DTW距离和相似比对路径的快速求解。对比FastDTW,ADTW算法在同等度量准确率下提高计算效率约20%,其时间复杂度为[O(n)]。     

保持泊松噪声图像细节的快速变分去噪算法

去除医学、天文图像中的泊松噪声一直是人们关注的热点问题之一。在充分分析泊松去噪[α]-Le模型的基础上结合交替方向乘子（ADMM）算法,给出该模型一基于框式约束的快速求解算法,并证明了该算法的收敛性。数值实验结果表明,该算法在去噪的同时,不仅能很好地保留图像中的边缘及小细节特征,还能大幅提高运算效率。     

基于压缩感知的图像重构算法

在图像压缩感知中,梯度投影恢复算法存在收敛速度慢、迭代次数多、对数据稀疏度过分敏感的问题。为此,提出一种基于压缩感知的图像重构算法。将拟牛顿法引入稀疏梯度投影算法中,利用拟牛顿法的估计校正机制以及其全局超线性收敛性,通过对目标函数的校正,获得更精确的搜索方向,从而减少迭代次数,构成有效收敛的图像恢复算法。实验结果表明,与传统梯度投影恢复算法相比,该算法在保证较好图像恢复效果的同时具有较好的抗噪性能,并且在减少迭代次数的基础上能有效降低重构误差,得到稳定收敛的重构结果。