一种应用于图像修复的非负字典学习算法

提出了一种基于非负稀疏字典学习的图像修复算法,在非负矩阵分解(NMF)的目标函数中增加稀疏约束项,再通过稀疏编码和字典更新两步迭代学习得到训练样本的非负字典,稀疏编码采用的是非负正交匹配追踪(OMP)算法,字典更新则类似经典的KSVD算法;最终根据字典通过光滑L0范数算法得到待修复图像的稀疏系数,进而实现图像的修复。图像修复实验结果表明,本文算法能够对不同类型缺失的图像做到较好的修复,修复的视觉效果和技术指标都优于当前主流算法。     

静态图像中的人体行为分类研究

静态图像中人体行为分类的一般方法是先手动标定出行为对象,再单独对行为对象进行特征提取和分析,不仅费时费力还丢失了场景信息。针对此问题提出了结合场景特征与行为对象特征的图像表示方法,充分利用图像的所有信息。此外为了减小量化误差,在特征编码阶段,采用局部约束线性编码(Locality-constrained Linear Coding,LLC)算法,并将其应用在空间金字塔模型的向量量化中。该算法与传统的矢量量化算法和稀疏编码算法相比,能够降低量化误差。最后在Stanford 40 Action数据集上对文中方法进行实验和验证,结果表明,结合场景特征与行为对象特征并使用LLC编码算法能够获得更好的分类效果。     

一种改进的基于K-SVD字典的图像去噪算法

为了更好地实现图像的去噪效果,提出了一种改进的基于K-SVD（Singular Value Decomposition）字典学习的图像去噪算法。首先,将输入的含噪信号进行K均值聚类分解,将得到的图像块进行稀疏贝叶斯学习和噪声的更新,当迭代到一定次数时继续使用正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）算法对图像块进行稀疏编码,然后在完成稀疏编码的基础上通过奇异值分解来逐列更新字典,反复迭代至得到过完备字典以实现稀疏表示,最后对处理过的图像进行重构,得到去噪后的图像。实验结果表明,本文的改进算法相对于传统的K-SVD字典的图像去噪能够在保留图像边缘和细节信息的同时,更有效地去除图像中的噪声,具有更好的视觉效果。     

基于字典对齐的迁移稀疏编码图像分类

基于稀疏编码的图像分类算法,当源域和目标域间样本服从不同分布时,从源域样本中学习到的字典无法有效对目标域样本进行编码,进而严重影响算法的分类性能。为了解决此问题,提出一种基于字典对齐的迁移稀疏编码(TSC-DA)算法。一方面,通过将字典对齐机制引入稀疏编码模型训练过程中,以减少源域和目标域间样本分布差异;另一方面,采用L2正则化项代替字典约束项,将其转化为无约束优化问题,从而回避了拉格朗日对偶法复杂的求解方式。实验结果表明,TSC-DA能够有效提高目标域的图像分类精度。     

彩色图像去马赛克的非局部稀疏表示方法

目前,大部分彩色去马赛克（Color DeMosaicking,CDM）算法仅利用了局部的空间和光谱相关性,容易导致CDM复原图像边缘模糊以及细小结构丢失.当图像中出现周期性细小结构时,这些局部方法容易产生诸如锯齿、栅格等失真现象.针对这些问题,我们将字典学习和稀疏编码统一到一个变分框架中,提出了非局部自适应稀疏表示模型.通过非局部相似块聚类自适应地在线学习字典.利用局部和非局部的冗余信息对稀疏编码进行约束,强制稀疏编码靠近其非局部均值以减少编码误差.为了有效抑制服从重尾分布的CDM误差,设计了基于l₁范数的数据项.最后,联合交替最小化方法和算子分裂技巧对模型进行有效求解.实验结果验证了本文模型与数值算法的有效性.     

自适应聚类的全耦合稀疏学习算法

在图像处理领域,基于稀疏表示理论的图像超分辨力算法、高低分辨力字典与稀疏编码之间的映射关系是其中的2个关键环节。由于丰富多样的图像类型,单一字典并不能很好地表示图像。而在稀疏编码之间的映射关系上,严格相等的约束关系也限制了图像重建的效果。针对上述两个方面,采用包容性更强的多个字典与约束条件更为宽松的全耦合稀疏关系进行图像的超分辨力重建。在图像非局部自相似性的基础上,进行多次自适应聚类;挑选出最优的聚类,通过全耦合稀疏学习的图像超分辨力算法,得到多个字典;最后,对输入的低分辨力图像进行分类重建,得到高分辨力图片。实验结果表明,在图像Leaves,Barbara,Room上,本文的聚类算法比原全耦合稀疏学习算法在峰值信噪比(PSNR)上分别提升了0.51 dB,0.21 dB,0.15 dB。     

基于可区分性字典学习模型的极化SAR图像分类

极化SAR图像分类是一个高维非线性映射问题,稀疏表示(CS)对于解决此类问题具有很大潜力。字典学习在基于CS的分类中起到重要作用。本文提出了一种新的字典学习模型,用于增强字典的区分能力,使其更适合极化SAR图像分类。提出的模型根据字典中两类子字典在分类中的作用对其相应的表达系数施加不同的稀疏约束。为使共同子字典能够抓住所有类共享的特征,对其相应系数施加稀疏约束,为使类专属子字典能够抓住类内独享的局部和全局结构特征,对其相应系数同时施加稀疏和低秩约束。由于共同子字典表达所有类共享的特征,我们以测试样本在类专属子字典上的重建误差作为准则进行分类。本文在AIRSAR的Flevoland数据集上对此算法进行验证,实验结果验证了算法的有效性。      

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Gabor特征和字典学习的高斯混合稀疏表示图像识别

为了克服图像识别中光照,姿态等变化带来的识别困难,同时提高稀疏表示图像识别的鲁棒性,本文提出了一种基于Gabor特征和字典学习的高斯混合稀疏表示图像识别算法.高斯混合稀疏表示是基于最大似然估计准则,将稀疏保真度表示为余项的最大似然函数,最终识别问题转化为求解加权范数的优化逼近问题.本文算法首先提取图像的Gabor特征;然后对Gabor特征集进行字典学习,由于在学习过程中引入了Fisher准则作为约束,学习得到具有类别标签的新字典;最后使用高斯混合稀疏表示识别方法进行分类识别.在3个公开数据库(人脸数据库AR库和FERET库以及USPS手写数字库)上的实验结果验证了该算法的有效性和鲁棒性.     

采用GSM模型进行稀疏表示的SAR图像降斑算法

针对SAR图像降斑过程中会产生过平滑现象及相干斑的滤除不彻底等问题,提出了稀疏结构符合高斯比例混合（Gaussian Scale Mixture,GSM）模型的SAR图像降斑算法。根据贝叶斯原理以及相干斑的统计特性推导该算法的数学模型,在块匹配过程中使用概率而不是欧式距离进行权重衡量,根据图像块之间的结构相似度,可以有效区分同质区与异质区,并得到图像块的较优均值估计。使用PCA字典学习方法对每个图像块进行子字典训练,实现同步稀疏编码（Simultaneous Sparse Coding,SSC）,数学模型的求解利用迭代正则化方法。分别使用合成场景SAR图像及真实场景SAR图像对算法进行验证,实验表明,相比于目前已提出的PPB算法、SAR-BM3D算法及FANS算法,该算法能有效提高等效视数,在滤除相干斑的同时很好地保留了图像的局部结构特性与纹理特征。      

一种局部敏感的核稀疏表示分类算法

为了克服核稀疏表示分类(KSRC)算法无法获取数据的局部性信息从而导致获取的稀疏表示系数判别性受到限制的不足,提出一种局部敏感的KSRC(LS-KSRC)算法用于人脸识别。通过在核特征空间中同时集成稀疏性和数据局部性信息,从而获取具有良好判别性的用于分类的稀疏表示系数。在标准的ORL人脸数据库和Extended Yale B人脸数据库的试验结果表明,本文方法的分类性能优于传统的(KSRC)算法、稀疏表示分类(SRC)算法、局部线性约束编码(LLC)、支持向量机(SVM)、最近邻法(NN)以及最近邻子空间法(NS),用于人脸识别能够取得优越的分类性能。     

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。     

基于稀疏编码和集成学习的多示例多标记图像分类方法

 该文基于稀疏编码和集成学习提出了一种新的多示例多标记图像分类方法。首先,利用训练包中所有示例学习一个字典,根据该字典计算示例的稀疏编码系数;然后基于每个包中所有示例的稀疏编码系数计算包特征向量,从而将多示例多标记问题转化为多标记问题;最后利用多标记分类算法进行求解。为了提高分类器的泛化能力,对多个分类器进行集成。在多示例多标记图像数据集上的实验结果表明所提方法与其它方法相比有更好的性能。     

3D object retrieval based on sparse coding in weak supervision

With the rapid development of computer vision and digital capture equipment, we can easily record the 3D information of objects. In the recent years, more and more 3D data are generated, which makes it desirable to develop effective 3D retrieval algorithms. In this paper, we apply the sparse coding method in a weakly supervision manner to address 3D model retrieval. First, each 3D object, which is represented by a set of 2D images, is used to learn dictionary. Then, sparse coding is used to compute the reconstruction residual for each query object. Finally, the residual between the query model and the candidate model is used for 3D model retrieval. In the experiment, ETH, NTU and ALOL dataset are used to evaluate the performance of the proposed method. The results demonstrate the superiority of the proposed method.     

基于局部约束编码的稀疏保持投影降维识别方法研究

稀疏表示技术的引入可有效解决降维处理对图参数的依赖,但这类降维方法不能同时兼顾稀疏重构和样本数据的邻近性问题。针对该问题,本文提出了一种基于局部约束编码的稀疏保持投影降维识别方法。通过稀疏表示分类模型构建了图边权矩阵,引入局部约束因子设计了降维投影模型,推导降维求解过程,分析了本文方法与SPP （ Sparse Preserving Projections ）和SLPP（ Soft Locality Preserving Projections ）方法之间的共性和区别,最后给出了识别算法流程。采用人脸图像数据集和高分辨SAR（ Synthetic Aperture Radar ）图像数据集对算法的有效性进行仿真验证,由于考虑了数据间的邻近性,本文方法较传统方法可获得更好的识别性能。     

A sparse representation method for image-based surface defect detection

In this paper, an efficient sparse representation-based method is presented for detecting surface defects. The proposed method uses the sparse degree of coefficient in the redundant dictionary for checking whether the test image is defective or not, and the binary representation of the defective images is obtained, according to the global coefficient feature. Owing to the requirements for the efficiency and detecting quality, the block proximal gradient operator is introduced to speed up the online dictionary learning. Considering the correlation among the testing samples, prior knowledge is applied in the orthogonal-matching-pursuit sparse representation algorithm to improve the speed of sparse coding. Experimental results demonstrate that the proposed detection method can effectively detect and extract the defects of the surface images, and has broad applicability.     

图约束字典和加权稀疏表示人脸超分辨率算法

针对低分辨率、低质量人脸图像重建问题,提出了一种新的基于稀疏表示的人脸超分辨率算法。在训练阶段,人脸的位置特征被用于保持人脸块的全局信息,人脸块间的几何结构被用于保持高低分辨率超完备冗余字典的流形结构,从而提高字典的表达能力;在重建阶段,K近邻加权稀疏表示被用于消除稀疏编码噪声,以提高高分辨率人脸图像重建系数的精度。实验结果表明,提出的方法取得了较好的主客观质量。