用块稀疏贝叶斯学习算法重构识别体域网步态模式

针对低功耗体域网步态远程监测终端非稀疏加速度数据重构和步态模式识别性能优化问题,提出了一种基于块稀疏贝叶斯学习的体域网远程步态模式重构识别新方法,该方法基于体域网远程步态监测系统架构和压缩感知框架,在体域网传感节点利用线性稀疏矩阵压缩原始加速度数据,减少传输数据量,降低其功耗,同时在远程终端基于块稀疏贝叶斯学习算法充分利用加速度数据块结构内在相关性,获取加速度数据内在稀疏性,有效提高非稀疏加速度数据重构性能,为准确识别步态模式提供可靠的数据支撑.采用USC-HAD数据库中行走、跑、跳、上楼、下楼五种步态运动的加速度数据验证新方法的有效性,实验结果表明,基于所提算法的加速度数据重构性能明显优于传统压缩感知重构算法性能,使基于支持向量机多步态分类器识别准确率可达98%,显著提高体域网远程步态模式识别性能.所提新方法不仅有效提高非稀疏加速度数据重构和步态模式识别性能,并且也有助于设计低功耗、低成本的体域网加速度数据采集系统,为体域网远程监测步态模式变化提供一个新方法和新思路.     

基于块稀疏贝叶斯学习压缩感知的心音重构

为提高体域网远程传输心音信号的重构精度、运行时间及处理数据量,对一种基于块稀疏贝叶斯学习的压缩感知重构心音方法进行研究。在传感节点端对心音信号做分块处理,进行离散余弦变换字典训练;通过稀疏二进制矩阵对心音信号进行压缩,并传送至终端;利用块稀疏贝叶斯学习对终端压缩的心音重构,将重构结果与传统的正交匹配追踪结果比较。实验结果表明,块稀疏贝叶斯学习算法比正交匹配追踪算法重构的结构相似度高0.2-0.3,在信噪比方面高10db-30db,所提方法具有重构精度高,处理心音数据量大,运行时间快的显著优势。     

基于块稀疏贝叶斯学习的体域网心电压缩采样

为有效提高体域网的实时性和降低体域网的功耗,提出一种基于块稀疏贝叶斯学习的体域网心电压缩采样方法。该方法在体域网框架下,利用压缩采样理论,在体域网的传感节点利用二进制随机观测矩阵对心电信号进行压缩采样,远程监护中心获得采样值之后,利用块稀疏贝叶斯学习重构算法和离散余弦稀疏变换矩阵对心电信号进行重构。实验结果表明,当心电信号压缩率在70%~90%时,基于块稀疏贝叶斯学习的重构算法要比其他重构算法的重构信噪比高出3 dB~21 dB。该方法能有效减少数据采样,减轻后续的数据存储、数据传输压力,提高体域网的实时性。同时该方法具有功耗低,易于硬件实现的优点。     

基于改进块稀疏贝叶斯学习算法的波达方向估计

针对传统的基于稀疏表示的DOA估计算法单纯利用信号的空域稀疏性,导致在低信噪比时稀疏性能变差,影响信号稀疏重构效果的问题,使用分块稀疏理论对信号进行稀疏分解。随着目标增多及作战任务改变,DOA估计往往呈现目标群测向的特点,为了能够更好地利用信号的结构特征和统计特征,提出了基于空时联合的块稀疏DOA估计算法,使用块稀疏理论挖掘信号的内部结构,充分利用了信号的块内稀疏性和块间相关性,提高稀疏重构性能,进而对DOA估计效果有很大的提升。仿真实验表明,相比于经典的DOA方法,本方法有更好的估计效果。     

基于一种网络结构的块稀疏字典学习

以过完备字典为基础,信号可以被描述为原子的稀疏线性组合。在以往的字典学习方法中,大都是以单个原子为单位进行字典学习。利用稀疏子空间聚类的方法将字典中具有相同稀疏表达形式的原子归类为一组,形成具有块结构的字典,然后对训练信号稀疏编码,最后结合梯度下降的方法对字典进行更新。实验结果表明,该方法在相同迭代次数下的优化收敛速度较快,而且对信号的重构误差率优于传统方法。另外,所构造一种对称网络结构的字典学习流程框架,不同于一次性用全部训练数据进行训练的方法,该学习流程每处理一组信号,字典进行一次更新,实现了对字典的分步更新。     

基于学习字典的机器人图像稀疏表示方法

针对机器人图像压缩感知(Compressed sensing, CS)过程中稀疏字典训练时间过长的问题, 本文提出了一种更加高效的字典学习方法.通过对MOD、K-SVD、SGK等字典学习算法研究, 从参与更新的字典原子列数入手, 将残差项变形为多列原子同时更新, 进而利用最小二乘法连续地更新字典中的多个原子.本文算法是对SGK算法字典学习效率的进一步提高, 减少了单次迭代的计算量, 加快了字典学习速度.实验表明, 本文算法与K-SVD和SGK算法相比, 在字典稀疏性和重构图像质量变化很小的情况下, 字典训练时间得到较明显缩短.     

基于字典学习与稀疏表示的灰度图像颜色重建算法

为了充分利用参考彩色图像与待处理灰度图像的关联关系,进一步提高图像颜色重建的自动化程度,利用稀疏表示理论和字典学习方法,提出一种自动全局图像着色算法.首先利用图像亮度、特征信息、图像颜色信息之间的相关性,依据参考图像训练出一个亮度-特征-颜色的联合字典;然后利用目标灰度图像的亮度和特征信息计算出其在该字典下的稀疏表示系数;最后利用上述联合字典与计算得到的稀疏表示系数进行灰度图像的颜色信息重建.文中算法无需进行图像分割,针对整幅图像进行着色,是一种自动的全局算法.实验结果表明,该算法可以有效地对灰度图像进行着色,对于色调单一的图像,着色效果更好.     

基于互交替投影的块稀疏正交匹配追踪算法

针对块稀疏信号,理论分析和实验验证均表明算法精确重构的充分条件与矩阵块相关性和子相关性有关。在此基础上,提出了一种基于互交替投影的块稀疏正交匹配追踪算法(mutual alternating projection-block or-thogonal matching pursuit,MAP-BOMP)。该算法利用互交替投影方法不断构造新的测量矩阵和感知矩阵,使得矩阵块相关性和子相关性都很小,从而提高重构概率,并给出明确的算法收敛条件,降低了计算复杂度。通过与大多数已有块稀疏信号重构算法进行实验仿真对比,该算法在重构效果和重构速度上均优于其他算法。     

基于稀疏表示的高噪声人脸识别及算法优化

为提高基于稀疏表示人脸识别的速度和抗噪性能,研究了交叉花束(CAB)模型及压缩感知重构算法。针对重构算法中的大矩阵求逆,提出快速正交匹配追踪(FOMP)算法,可将运算量较高的矩阵求逆运算转变为轻量级向量矩阵运算。为增加高噪声图片的有效信息量,提出几种实用且有效的方法,并通过实验验证这些方法都能提高高噪声人脸识别率,可识别的噪声比例提高到75%,具有一定的实用价值。     

基于竞争学习的稀疏受限玻尔兹曼机机制

针对受限玻尔兹曼机（RBM）无监督训练存在特征同质化问题以及现有稀疏受限玻尔兹曼机（SRBM）难以自适应稀疏的缺陷,提出了一种基于竞争学习的RBM稀疏机制方法。首先设计基于神经元权值向量与输入向量间夹角余弦值的距离度量,评估两者相似度;然后在训练过程中对不同样本选择出基于距离度量的最优匹配隐单元;其次根据最优匹配隐单元激活状态计算对其他隐单元的稀疏惩罚度;最后执行参数更新并依据深度模型训练过程,将竞争稀疏应用于深度玻尔兹曼机（DBM）的构建中。通过手写数字识别实验证明,与误差平方和正则化因子相比,基于该稀疏机制的DBM分类准确率提高了0.74%,平均稀疏度提高了5.6%,且无需设置稀疏参数,因此,该稀疏机制可提高RBM等无监督训练模型的训练效率,并应用于深度模型的构建中。     

基于PCA特征基压缩传感算法的人脸识别

针对人脸识别对遮挡、表情和光照的鲁棒性问题,提出基于PCA特征基压缩传感算法的人脸识别方法。利用双向二维主成分分析提取图像行列2个方向的特征并进行降维,建立反映人脸特征投影矩阵,作为压缩传感算法的超完备基。通过求解最小化l1范数,寻求图像在该超完备基上的稀疏表示,以得到一组最优稀疏系数重构各类图像,求取测试图像与各类重构图像的最小残差进行分类识别。实验结果表明,该方法在较低的人脸特征维数下具有较高的人脸识别率,能有效提高人脸识别对遮挡、表情和光照的鲁棒性。     

基于图像超分辨极限学习机的极低分辨率人脸识别

极低分辨率图像本身包含的判别信息少且容易受到噪声的干扰,在现有的人脸识别算法下识别率较低。为了解决这一问题,提出一种基于图像超分辨率(SR)极限学习机(ELM)的人脸识别算法。首先,从样本库学习耦合的高低分辨率图像稀疏表达字典,利用高低分辨率表达系数的流形一致性重建高分辨率图像;其次,在超分辨率重建的高分辨率(HR)图像上构建ELM模型,训练获得前向神经网络的连接权值;最后,通过ELM预测输入极低人脸图像的类别属性。实验结果表明,针对于重建后的极低分辨率人脸图片,与协同表示的分类(CRC)人脸识别算法相比,所提算法将识别率分别提升了2%;同时也大幅度缩短了识别的时间。结果表明所提算法能够有效解决极低分辨率图片判决信息不足的问题,具有较好的识别能力。     

基于深度先验及非局部相似性的压缩感知核磁共振成像

针对现有压缩感知核磁共振成像（CSMRI）算法在低采样率下重构质量低的问题，提出一种融合深度先验及非局部相似性的成像方法。首先，利用深度去噪器和块匹配三维滤波（BM3D）去噪器构建能够融合多种图像先验知识的稀疏表示模型；其次，将该模型作为正则化项，利用高度欠采样的k空间数据构建压缩感知核磁共振成像优化模型；最后，利用交替优化方法求解构建的优化问题。所提出的算法不仅能够通过深度去噪器利用深度先验，还能够通过BM3D去噪器利用图像的非局部相似性来进行图像重建。实验结果表明，与基于BM3D的重建算法相比，该算法在采样率为0.02、0.06、0.09及0.13情况下重构的平均峰值信噪比高出约1 dB；此外，从视觉角度，与现有的基于小波树稀疏性的核磁共振成像算法WaTMRI、基于字典学习的核磁共振成像算法DLMRI、基于字典更新及块匹配和三维滤波的核磁共振成像算法DUMRI-BM3D等相比，所提算法重构的图像包含大量纹理信息，与原始图像最接近。     

基于非负稀疏表示的人脸识别

对稀疏表示在人脸识别中的应用进行了研究,提出了人脸识别的非负稀疏表示方法和采样方法.提出了非负稀疏表示的乘性迭代算法,分析了该方法与非负矩阵分解的联系,设计了基于非负稀疏表示的分类算法.在仿射传播算法的基础上,提出了人脸数据集的采样方法,并在人脸图像集上进行了实验.与稀疏表示相比,非负稀疏表示在计算复杂度和鲁棒性上具有优越性;与随机采样方法相比,该采样方法具有较高的识别精度.     

基于自步学习的加权稀疏表示人脸识别方法

近年来基于稀疏表示的分类方法（SRC）成为了一个新的热点问题,在人脸识别领域取得了很大的成功。但基于稀疏表示的方法在重建待测样本时,有可能会利用与待测样本相差较大的训练样本,并且没有考虑到表示系数的局部信息,从而导致分类结果不稳定。提出一种基于自步学习的加权稀疏表示算法SPL-WSRC,在字典中有效剔除与待测样本相差较大的训练样本,并利用加权手段考虑样本间的局部信息,以提高分类精度和稳定性。通过3个典型的人脸数据集中的实验,实验结果表明,所提算法优于原稀疏表示算法SRC,特别是当训练样本足够多时,效果更明显。