基于字典优化的联合稀疏表示高光谱图像分类

针对训练样本量少导致高光谱图像分类精度低的问题,本文提出了一种基于字典优化的联合稀疏表示高光谱图像分类方法.首先,采取基于层次聚类的波段选择方法降低高光谱图像数据维度;其次,结合空间信息将高光谱数据划分为多个子集,利用已知标签信息的训练样本标记各个子集中可能成为训练样本的像元,组成训练样本备选集,根据光谱相似度准则筛选...     

多观测样本联合信息加权稀疏表示分类算法

多观测样本分类问题中,同一对象的多观测样本均看作一个整体进行识别,其同等看待各个观测样本。考虑到其每个观测样本包含判别信息量不同,针对如何有效利用其可信度问题,提出基于观测样本联合加权稀疏表示多观测样本分类算法。首先将多多观测样本分解成单样本,分别对各个样本进行稀疏求解得到其各自的稀疏度和残差,进而联合二者确定其相应可信度。然后给各观测样本进行可信度加权,重构出加权多观测样本。最后,再采用整体稀疏表示对其进行分类。在ETH-80物体数据库、CMU-PIE人脸数据库和BANCA数据库上进行大量对比实验,实验结果证明该算法的有效性,提高识别精度的同时使算法的鲁棒性得到保证。      

Sparse representation for face recognition by discriminative low-rank matrix recovery

This paper proposes a discriminative low-rank representation (DLRR) method for face recognition in which both the training and test samples are corrupted owing to variations in occlusion and disguise. The proposed method extends the sparse representation-based classification algorithm by incorporating the low-rank structure of data representation. The DLRR algorithm recovers a clean dictionary with enhanced discrimination ability from the corrupted training samples for sparse representation. Simultaneously, it learns a low-rank projection matrix to correct corrupted test samples by projecting them onto their corresponding underlying subspaces. The dictionary elements from different classes are encouraged to be as independent as possible by regularizing the structural incoherence of the original training samples. This leads to a compact representation of a corrected test sample by a linear combination of more dictionary elements from the corrected class. The experimental results on benchmark databases show the effectiveness and robustness of our face recognition technique.     

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。     

多元经验模态分解及在SAR图像目标识别中的应用

提出基于多元模态分解的合成孔径雷达（SAR）目标识别方法。多元模态分解是传统模态分解的多元扩展,能够有效避免传统算法中的模态混叠问题。采用多元模态分解对SAR图像进行处理,获得的多层次固有模式函数（IMF）能够更为有效地反映目标的时频特性。不同IMF之间具有良好互补性,同时它们描述同一目标因而具有内在关联性。分类阶段,采用联合稀疏表示对分解得到的IMF进行表征。联合稀疏表示在多任务学习的理念下,对多个关联稀疏表示问题进行求解,可获得更为可靠的估计结果。在获得各层次IMF对应的稀疏表示系数矢量的基础上,计算不同类别对于当前测试样本多层次IMF的重构误差之和,进而判定测试样本的目标类别。基于MSTAR数据集开展实验,通过在标准操作条件、俯仰角差异、噪声干扰以及目标遮挡条件下进行对比分析,验证了提出方法的有效性。     

有监督低秩子空间恢复的正则鲁棒稀疏表示人脸识别算法

针对训练样本和测试样本均存在光照及遮挡时,破坏图像低秩结构问题,本文提出基于监督低秩子空间恢复的正则鲁棒稀疏表示人脸识别算法。首先,将所有训练样本构造成矩阵D,对矩阵D进行监督低秩矩阵分解,分解为低秩类相关结构A,低秩类内差异结构B和稀疏误差结构E;然后用主成分分析方法找到类相关结构A低秩子空间的变换矩阵;再通过变换矩阵将训练样本和测试样本投影到低秩子空间;最后,在低秩子空间中,通过正则鲁棒稀疏编码进行加权分类识别。在AR和Extended Yale B公开人脸数据库上的实验结果验证本文算法的有效性及鲁棒性。      

二维压缩感知多投影矩阵特征融合的SAR目标识别方法

针对合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）目标识别问题,提出联合多层次二维压缩感知投影特征的方法。采用二维压缩感知投影作为基础特征提取算法,具有不依赖训练样本、效率高等显著优势。构建多个二维压缩感知投影矩阵提取原始SAR图像的多层次特征。不同投影矩阵获得的特征具有差异性,从不同方面描述SAR图像的灰度分布特性;同时,这些特征源自相同的输入图像,因此也具有一定的内在关联性。采用联合稀疏表示对提取的多个特征矢量进行表征分析,在内在关联性约束下考察不同特征的独立鉴别能力,从而提升每一类特征的稀疏表示精度。最终,根据求解的稀疏表示系数,分别在各个训练类别上对测试样本的多类特征进行重构,获得重构误差。根据最小误差的准则,判定测试样本所属目标类别。通过综合运用多层次二维压缩感知特征提取和联合稀疏表示分类,提高SAR目标识别的整体性能。利用MSTAR数据集中的多类目标SAR图像对方法进行测试验证,结果反映其在标准操作条件（standard operating condition,SOC）和扩展操作条件（extended operating condition,EOC）均可保持可靠的识别性能。     

Face recognition using position-dictionaries and region covariance feature

In this paper, a new sparsity formulation called position-dictionary based sparse representation is developed for frontal face recognition. Different from the sparse representation based classification (SRC) method and the Gabor-feature based SRC (GSRC) method which both employ a global dictionary to decompose image patches, the proposed method constructs a position-dictionary for each location using training patches in the corresponding location since they resemble each other and are more likely to favor the same atoms. Sparse coefficients of each position-patch can be obtained by solving an \(l_{1}\) -norm minimization problem. For each face image, sparse coefficients of position-patches are pooled to construct a discriminative upper level feature to represent face image. PCA is used to perform dimension reduction. Each testing sample is represented as a sparse linear combination of all training samples, and recognition is accomplished by evaluating which class of training samples leads to the minimum reconstruction error. We compared the proposed method with SRC and GSRC method on three benchmark face databases. Experimental results show that the proposed method achieves higher recognition rates and is robust to a certain degree of occlusions.     

Sparsity adaptive matching pursuit for face recognition

Sparse representation methods have exhibited promising performance for pattern recognition. However, these methods largely rely on the data sparsity available in advance and are usually sensitive to noise in the training samples. To solve these problems, this paper presents sparsity adaptive matching pursuit based sparse representation for face recognition (SAMPSR). This method adaptively explores the valid training samples that exactly represent the test via iterative updating. Next, the test samples are reconstructed via the valid training samples, and classification is performed subsequently. The two-phase strategy helps to improve the discriminating power of class probability distribution, and thus alleviates effect of the noise from the training samples to some extent and correctly performs classification. In addition, the method solves the sparse coefficient by comparing the residual between the test sample and the reconstructed sample instead of using the sparsity. A large number of experiments show that our method achieves promising performance.     

近邻类加权结构稀疏表示图像识别算法

针对如何将近邻、子空间学习与稀疏表示结合起来解决稀疏分类计算量较大的问题。由于子空间中样本的类内散度小,类间散度大,且同类中所有样本对重构的影响相似,因此按类而非样本处理的思想更符合基于类重构误差进行分类的算法要求,为此提出一种基于近邻类加权结构稀疏表示算法用于图像识别。该算法首先利用线性类重构误差选取 个最近邻类,并将其对应的系数作为权值对投影后的近邻类加权,其次在投影子空间上,用 个类的加权训练样本集对测试样本进行结构稀疏表示,最后根据最小类重构误差得出分类结果。在AR,Yale B,MNIST,PIE数据库上的实验结果表明该方法在训练样本数较少的情况下获得较高的识别率且具有一定的鲁棒性。      

熵权约束稀疏表示的短文本分类算法

针对短文本特征稀疏性问题,提出一种熵权约束稀疏表示的短文本分类方法.考虑到初始字典维数较高,首先,利用Word2vec工具将字典中的词表示成词向量形式,然后根据加权向量平均值对原始字典进行降维.其次,利用一种快速特征子集选择算法去除字典中不相关和冗余短文本,得到过滤后的字典.再次,基于稀疏表示理论在过滤后的字典上,为目标函数设计一种熵权约束的稀疏表示方法,引入拉格朗日乘数法求得目标函数的最优值,从而得到每个类的子空间.最后,在学习到的子空间下通过计算待分类短文本与每个类中短文本的距离,并根据三种分类规则对短文本进行分类.在真实数据集上的大量实验结果表明,本文提出的方法能够有效缓解短文本特征稀疏问题且优于现有短文本分类方法.     

A symmetry-based coarse classification method for Chinese characters

In this paper, we present a novel symmetry-based coarse classification method for the preclassification of printed Chinese characters. The proposed method consists of two main modules, recursive radical extraction, and a symmetry test. The former classifies Chinese characters into ten classes according to the composing structure of the characters. Two classes in the ten classes, left-right, and up-down type characters, contain over 85% of the total characters. The latter performs the symmetry test to determine whether the character, or radical in the ten classes, is symmetric or not. The main purpose of the proposed symmetry-test coarse classification method is to reduce the number of characters in each of the ten classes. Four symmetry features are devised to perform the symmetry test. Experimental results reveal that the proposed method can greatly reduce the number of characters in each class to achieve the coarse classification goal.     

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。      

基于空间相关性约束稀疏表示的高光谱图像分类

该文提出一种新的基于稀疏表示的高光谱图像分类方法。首先利用训练数据构造结构化字典,建立基于稀疏表示的高光谱图像分类模型;然后添加空间相关性约束项和训练数据的空间信息,提高稀疏表示模型分类的准确性;最后采用快速的交替方向乘子法求解模型。实验结果表明:该文方法能够有效提高分类精度,且分类结果稳定。     

原子稀疏结合块结构稀疏的联合表示图像识别算法

针对结构稀疏表示识别算法中稀疏准则的选择以及字典内块的划分两个重要问题,提出两种改进的结构稀疏表示识别算法。首先,针对结构稀疏准则会出现较多系数不为零的情况,提出将结构稀疏准则与原子稀疏准则相结合的思路,包括并行和串行两种结合方式。并行结合是将两者以加权求和的方式同时作为稀疏表示的判别准则进行分类,串行结合则是在结构稀疏表示后,通过重组字典,再对测试样本进行原子稀疏表示实现分类。然后,针对字典中类内样本的块划分问题,提出基于MLP的结构稀疏表示识别算法,先将类内样本经过MLP的划分,保证各个分块分别位于低维的线性子空间中,再进行结构稀疏表示的分类。实验结果证明两种改进的结构稀疏表示识别算法的有效性。      

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。     

利用稳健字典学习的雷达高分辨距离像目标识别算法

基于字典学习算法的信号稀疏表示被广泛应用于信号处理领域。由于字典原子间存在冗余性,求解信号的稀疏表示会受到观测信号中扰动分量的影响,从而带来表示的不确定性,不利于雷达高分辨距离像(HRRP)目标识别任务。针对这一问题,该文提出一种稳健字典学习(SDL)算法,通过边缘化信号丢失,构建稳健损失函数用于学习自适应字典。该算法利用距离像在散射点不发生越距离单元走动的方位帧内具有结构相似性,约束临近训练样本间稀疏表示的非零元素位置相同,并通过结构化稀疏约束选择最优子字典用于测试样本的分类。基于实测HRRP数据的实验结果验证了所提算法的有效性。     

融合CNN和SRC决策的SAR图像目标识别方法

提出基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）与稀疏表示分类（Sparse Representation-based Classification,SRC）联合决策的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）目标识别方法。CNN通过深度网络学习SAR图像的多层次特征,进而对其所属的目标类别进行判决。研究表明,CNN在训练样本充足的条件下可以取得很好的识别性能。然而,对于训练样本未能包含的条件,CNN的分类性能通常会出现明显下降。因此,先采用CNN对待识别的测试样本进行分类,再根据输出的决策值（即,各个训练类别对应的后验概率）计算当前分类结果的可靠性。当分类结果判定可靠时,则直接采信CNN的决策,输出测试样本的目标类别。反之,则根据CNN输出的决策值筛选若干候选类别,然后基于它们的训练样本构建全局字典用于SRC分类。对于SRC的分类结果,进一步采用Bayesian融合算法将其与CNN的分类结果进行融合。最终,根据融合后的结果判定测试样本的目标类别。提出方法通过层次化的思路融合CNN和SRC的优势,有利于发挥两者对不同测试条件的优势,达到提高识别稳健性的目的。实验中,基于MSTAR数据集开展测试分析,结果验证了提出方法的有效性。     

基于低秩子空间恢复的联合稀疏表示人脸识别算法

 针对阴影、反光及遮挡等原因破坏图像低秩结构这一问题,提出基于低秩子空间恢复的联合稀疏表示识别算法.首先将每个个体的所有训练样本图像看作矩阵 D ,将矩阵 D 分解为低秩矩阵 A 和稀疏误差矩阵 E ,其中 A 表示某类个体的'干净’人脸,严格遵循子空间结构, E 表示由阴影、反光、遮挡等引起的误差项,这些误差项破坏了人脸图像的低秩结构.然后用低秩矩阵 A 和误差矩阵 E 构造训练字典,将测试样本表示为低秩矩阵 A 和误差矩阵 E 的联合稀疏线性组合,利用这两部分的稀疏逼近计算残差,进行分类判别.实验证明该稀疏表示识别算法有效,识别精度得到了有效提高.     

基于稀疏表示结合流形距离的超球覆盖可拒绝模式识别算法研究

本文构造了一种基于稀疏表示结合流形距离超球覆盖的可拒绝模式识别模型.由于同类样本可以认为分布在同一个非线性流形上,所以在训练学习过程中首先对各类样本空间构建局部线性流形子空间超球覆盖模型,并选择训练样本.这样对于输入的测试模式,即可根据各类的子空间包含边界做出拒识或者接受处理的判决.然后,针对接受的模式,再利用稀疏表示分类器在训练样本空间范围内进行分类判决.在UCI数据库、MNIST手写体数据库、MIT-CBCL人脸识别数据库和CMU AMP人脸表情数据库上的实验结果表明本文的思路合理可行,在实际应用领域具有一定应用价值.