光场衍射在压缩感知鬼成像中的研究

基于压缩感知的鬼成像由于采样次数少,在近些年取得重大的发展。利用数字微反射镜器件(DMD)预置光场实现单臂成像,大大推进鬼成像向实际应用发展,但也存在不少问题,比如传播过程中的光场分布变化。为了解决这个问题,首先分析光场的传播过程,透镜尺寸的限制使得光场衍射影响较大,光斑的叠加导致实际光场变得模糊偏离了预置值。计算衍射受限系统的光强度扩散函数,修正预置光场,修正光场作为观测矩阵仍然满足准确重构的互相干性条件。实验结果表明,修正的光场较好地模拟实际光场,其构成的观测矩阵用于成像,重建图像的质量更高。同样,在实际应用领域,利用光强扩散函数修正预置光场意义重大。     

利用三阶相关特征信息的周期长码扩频信号伪码盲估计

针对非合作通信下长码直扩码分多址信号的伪随机序列估计问题,本文首先利用同阶数、不同本原多项式产生的m序列的三阶相关函数峰不同的特点,构造三阶相关函数的特征信息矩阵。然后推导得到长码直扩码分多址信号三阶相关向量与特征信息矩阵的匹配理论值。最后估计接收信号延迟三阶相关函数,得到其三阶相关向量,与特征信息矩阵匹配,估计得到各扩频长码。理论分析和仿真结果表明该方法能够有效估计单用户和多用户的长码直接序列扩频信号伪随机序列。      

基于黑体辐射非相干光的计算鬼成像研究

近年来,鬼成像在远距离成像特别是遥感成像领 域的应用取得重要进展。为了促进日 光鬼成像在此领域的应用,本文研究基于黑体辐射非相干光的计算鬼成像,首先根据黑体辐 射的强度概率密度函数得到描述计算鬼成像质量的衬噪比(contrast-to-noise ratio,RCN) 表达式,接着融合切片采样思想利用计算机生成模拟黑体辐射的随机散斑图,最后利用数字 光投影仪调制产生模拟黑体辐射光源的随机调制光,并以此为光源实验上实现反射式物体的 计算鬼成像,重建得到了不同测量帧数条件下物体的“鬼像”并测量了描述成像质量的衬噪 比。结果一方面表明在随机调 制散斑强度(灰度)平均值约为160时, 成像质量相对较好,另 一方面表明随着测量帧数分别从2000增加到4000 、6000000、12000、20000,图像的衬噪 比从0.879逐渐增大至1.241、1.516、1.755、2.100、2.371,实验结果和理论分析基本一致 。该结果对于以太阳光等近似看成黑体辐射的非相干光为光源的鬼成像在远距离成像等领域 的应用具有重要意义。     

一种基于拟牛顿法的CS投影矩阵优化算法

压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论中,投影矩阵优化是一类通过提高观测数据信息量而改善性能的方法.由于投影矩阵与稀疏字典内积构造的Gram矩阵必定奇异,基于广义逆矩阵求解方法存在计算精度的问题.本文提出了一种利用拟牛顿法的CS投影矩阵优化算法.该算法分为两步:一是利用阈值函数约束Gram矩阵非对角线元素,使投影矩阵与稀疏字典的互相关系数逼近Welch界;二是采用秩2校正得到Hessian阵逆近似去修正梯度搜索方向.两个步骤交替执行,直到解出符合优化要求的投影矩阵.该算法始终保持下降性,具有超线性收敛速度,避免了矩阵函数二阶导数复杂的计算,计算量较小.实验结果表明,当信号稀疏度或观测数据相同时,本文算法的重构结果优于其他算法.     

随机混沌感知矩阵及其在成像雷达中的应用

根据压缩感知理论提出了一种适用于成像雷达的新算法,在成像目标分布满足稀疏性前提下,利用发射的随机混沌序列( SCS )形成卷积矩阵,然后通过随机行抽取构造随机感知矩阵( SC-SM)。给出了完整的算法实现框架,从理论上证明了SCS的随机性和统计独立性以及SCSM的有限等距性( Restricted Isometry Property,RIP)。仿真结果验证了算法的有效性,同时分析了影响算法性能的主要因素。与匹配滤波法相比,所提算法重构误差小,输出旁瓣低。 SCSM与其他随机矩阵具有相同的性能,然而,SCSM容易在硬件上实现,且更适用于要求保密性高和抗干扰能力强的场合。     

随机散斑图正交优化计算鬼成像

为克服随机散斑图照射下统计噪声对计算鬼成像成像质量的影响,提出了随机散斑图正交优化计算鬼成像方法。首先在计算鬼成像的基础上分析随机散斑图对目标物体重构质量的影响;然后结合实对称矩阵性质,通过空间映射矩阵,将原有随机散斑图正交化;再利用重构的正交散斑图对未知物体进行照射并由桶探测器测量,测得的一系列桶探测器值与计算机存储的重构散斑图通过二阶关联运算对目标物体进行重构;最后参考重构散斑图的协方差矩阵特征,对重构结果进行补偿,进一步提升物体重构质量。该方法不仅能有效提升随机散斑图计算鬼成像的成像质量,同时还具有算法结构简单的特点。仿真实验结果表明:相比于传统的随机散斑图照射下的计算鬼成像,该方法能有效地对目标物体进行重建,并表现出良好的性能。     

基于压缩感知和红外玫瑰线扫描的红外图像重构

红外亚成像制导技术是由点源探测技术到成像制导技术的一种过渡, 由单元探测器和光机扫描装置组成.红外玫瑰线扫描亚成像系统是亚成像制导中的一种, 红外玫瑰线扫描亚成像系统按照特定的图案采集视场中的部分数据并得到一幅含有目标位置信息的亚图像.受单像素相机的启发, 主要研究红外玫瑰线扫描亚成像系统中的压缩成像.压缩感知可以在更少的采样数据条件下重构红外图像, 其应用到红外亚成像制导系统中一个关键的问题就是观测矩阵的构造.关于随机观测矩阵的研究已经比较广泛, 但随机矩阵很难实现.本文提出了一种简单的适用于红外玫瑰线扫描亚成像系统的确定性观测矩阵.此外还提出了一种快速有效的恢复算法, 称为优化子空间追踪算法.仿真结果显示构造的观测矩阵能够压缩和重构红外图像, 且重构效果优于随机高斯观测矩阵和随机伯努利观测矩阵, 提出的恢复算法也具有较好的表现.     

稀疏随机矩阵有限等距性质分析

稀疏随机矩阵由于具有存储容量小、编码和重构复杂度低、易于更新等优良特性而适用于分布式应用。为确保稀疏随机矩阵可作为压缩感知观测矩阵,该文证明了稀疏随机矩阵的有限等距性质(RIP)。首先,证明了测量矩阵满足有限等距性质等价于其子矩阵的格拉姆矩阵特征值分布于1附近;在此基础上,证明了当测量值个数满足特定条件时,稀疏随机矩阵以接近于1的概率满足有限等距性质。仿真实验表明,稀疏随机矩阵在保证稀疏信号精确重建的同时,大大节约了测量和重建所需的时间。     

稀疏线性调频步进信号ISAR成像观测矩阵自适应优化方法

基于压缩感知(CS)理论的稀疏线性调频步进信号(SFCS)逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术能够从少量观测数据中高概率重构出目标像,其中,观测矩阵的优化设计是提高成像质量和减少观测数据量的有效途径。然而,现有的观测矩阵优化设计研究通常没有考虑目标特征信息的有效利用,对目标的自适应能力不足。因此,该文在充分利用目标特征信息的基础上,结合稀疏SFCS信号的实际物理观测过程,提出一种ISAR成像观测矩阵自适应优化方法。该方法首先建立参数化稀疏表征成像模型以解决稀疏SFCS信号多普勒敏感问题,在此基础上,以在达到成像质量要求条件下使用最少观测数据量获得最优成像结果为目标对观测矩阵进行自适应优化设计,最终能够利用最少的数据量获得满意的目标成像结果。仿真实验验证了该算法的有效性。     

基于压缩感知和红外玫瑰线扫描的红外图像重构（英文）

红外亚成像制导技术是由点源探测技术到成像制导技术的一种过渡,由单元探测器和光机扫描装置组成.红外玫瑰线扫描亚成像系统是亚成像制导中的一种,红外玫瑰线扫描亚成像系统按照特定的图案采集视场中的部分数据并得到一幅含有目标位置信息的亚图像.受单像素相机的启发,主要研究红外玫瑰线扫描亚成像系统中的压缩成像.压缩感知可以在更少的采样数据条件下重构红外图像,其应用到红外亚成像制导系统中一个关键的问题就是观测矩阵的构造.关于随机观测矩阵的研究已经比较广泛,但随机矩阵很难实现.本文提出了一种简单的适用于红外玫瑰线扫描亚成像系统的确定性观测矩阵.此外还提出了一种快速有效的恢复算法,称为优化子空间追踪算法.仿真结果显示构造的观测矩阵能够压缩和重构红外图像,且重构效果优于随机高斯观测矩阵和随机伯努利观测矩阵,提出的恢复算法也具有较好的表现.     

滤除图像中混合噪声的LSE模型

图像中的高斯白噪声使LS模型中的低秩矩阵低秩性和稀疏矩阵稀疏性不能同时满足,造成去噪不充分或细节严重丢失。本文在LS模型的基础上引入高斯噪声约束项,提出一种新的用于去除图像中混合噪声的LSE模型,该模型首先对图像进行相似块匹配,然后对得到的相似块低秩逼近得到去噪图像。实验结果表明,与LS模型相比,LSE模型在保证去噪效果的同时,保留了图像的细节信息,具有更佳的视觉效果,去噪图像的信噪比提高了约0.1-2dB;与BM3D相比,在高斯噪声较小的情况下信噪比提高了约0.5-2.5dB。      

Estimated bit-error probability of DS-SSMA/MPSK with coherentdetector on satellite mobile channel

In this paper we estimate the average bit-error probability of a direct-sequence spread-spectrum multiple-access (DS-SSMA) system using MPSK and a linear coherent detector on the satellite mobile channel (SMC). The formulas derived in this paper are suitable for various types of signature sequences and chip waveforms. The numerical results are presented for DS-SSMA using BPSK and QPSK with random signature sequences and three different chip waveforms: the rectangular, the cosine, and the root Nyquist filter (RNF) with rolloff rate, β=0.4. The results show that the performance of a DS-SSMA system with complex random signature sequences is superior to a system using binary random signature sequences on Gaussian and Rician (K=10) channels, while on flat fading Rayleigh channels the performance for both systems is similar. In DS-SSMA, the RNF has the highest bandwidth efficiency of the three chip waveforms. The performance of DS-SSMA is also analyzed on the SMC using the Gaussian approximation (GA) method. Compared to the estimated results, GA gives a pessimistic approximation for binary random signature sequences on Gaussian and Rician channels     

行阶梯观测矩阵、对偶仿射尺度内点重构算法下的语音压缩感知

基于语音信号在离散余弦域上的近似稀疏性,针对采用随机高斯观测矩阵及线性规划方法进行语音压缩感知与重构时,重构零(近似零)系数定位能力差而导致重构效果不好的缺点,本文提出一种新的行阶梯矩阵做观测矩阵,用对偶仿射尺度内点重构算法对语音进行压缩感知与重构,并对该算法下的重构性能进行理论分析.语音压缩感知仿真结果表明,在离散余弦基下,压缩比(观测序列与原始序列样值数之比)为1∶4时,行阶梯观测矩阵下的平均重构信噪比比随机高斯观测矩阵下提高9.73dB,平均MOS分比随机高斯观测矩阵下提高1.22分.     

基于离散分数阶角变换与关联混沌映射的双图像加密算法

为了实现对两个明文进行同步安全加密,提出了联合离散多参数分数阶角变换与低维映射的双图像加密算法.基于离散余弦变换(DCT)与Zigzag扫描建立了复合系数矩阵模型,通过反离散余弦变换(IDCT)将两个明文融合成一幅图像;通过耦合Logistic映射,利用明文像素均值与外部密钥计算其初始条件值,并迭代该耦合映射,输出2个随机序列;分别对这2个随机序列进行排序,设计位置数组扰乱机制对复合明文进行置乱;将置乱密文分解为2个新分量,利用Logistic映射与初始明文分别生成混沌随机与调制相位掩码,将2个新分量融合成临时密文;基于离散分数角变换构建了新的2D多参数分数阶角变换,设计加密模型并完成图像加密.结果表明,与已有双图像加密机制相比所提算法的保密性更佳,有更好的抗明文攻击特性.     

基于自相关观测的语音信号压缩感知

本文基于压缩感知技术,根据语音信号的特点,提出了一种基于自相关特性的截断循环自相关矩阵作为观测矩阵,并在此基础上,从实用的角度出发,提出了基于模板匹配的近似截断循环自相关矩阵作为观测矩阵,并证明其满足RIP特性。由语音信号与截断循环自相关矩阵、近似截断循环自相关矩阵和高斯随机矩阵分别构造相应的观测,采用BP算法来重构原始语音信号。实验表明,由2个模板元素线性组合而成的近似截断循环自相关矩阵重构原始语音信号的性能与截断循环自相关矩阵的重构性能相当,且优于经典高斯随机矩阵,而且在相同的重构性能下,其压缩比远大于高斯随机观测矩阵,对语音信号的压缩性能有了明显地提高。      

基于累加法的高斯白噪声性能分析

基于中心极限定理的累加法,提出了一种新的产生高斯白噪声的方法。首先分析了高斯白噪声的特点,用均匀分布随机序列累加产生高斯分布随机序列,分析其时域和频域特征,并与用Matlab里的randn函数产生的高斯分布随机序列进行对比。最后用 检验法对由累加法产生的高斯分布随机序列进行检验。实验结果表明,累加法产生的随机数十分近似于高斯分布白噪声。     

线性相位余弦调制滤波器组研究

图像子带编码要求滤波器组具有线性相位特性，非线性相位特性可对图像编译码带来影响。现研究了一种具有线性相位的最大抽取FIR余弦调制滤波器组，该滤波器组中每一个滤波器都具有线性相位，且由原型滤波器经余弦序列调制得到。经推导这种滤波器组可以设计成具有近似准确重构（NPR）特性或准确重构（PR）特性，文中分别给出了两种情况下滤波器组应满足的条件。通过对一幅图像的二维可分离滤波实验说明了当原型滤波器满足一定条件时滤波器组是准确重构的。     

稀疏随机矩阵的观测次数下界

压缩感知理论中的稀疏重构问题,要将一个高维信号从它的低维投影中恢复出来,通常选用稠密随机矩阵作为观测矩阵来解决这一问题。而某些稀疏随机矩阵作为观测矩阵也可以达到这一目的。稀疏随机矩阵的特点是,在编码和重构过程中都具有较低的计算复杂度,更新方便,且对存储容量的要求较低。该文基于压缩感知理论,分别对列重固定、行重固定以及一般的稀疏随机矩阵进行了研究,当这些稀疏随机矩阵满足有限等距性质时,推导了观测次数应满足的下界条件,并对三种矩阵的性能进行了分析。以二值稀疏随机矩阵为特例,进行了仿真实验。实验结果显示,结论给出的观测次数下界是比较紧的,并验证了列重固定、行重固定的稀疏随机矩阵作为观测矩阵的可行性和实用性。      

受光阑限制离轴高斯光束的解析传输

激光束的传输特性在激光技术应用中有着重要的意义。光束的解析传输问题是激光光学中的难点之一。从Collins公式出发，详细研究了离轴高斯光束(OAGB)通过有光阑近轴ABCD光学系统的传输特性，推导出了受硬边光阑、高斯光阑或余弦光阑限制的离轴高斯光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式，并讨论了硬边光阑、高斯光阑或余弦光阑之间的关系。数值计算证明了所得公式的正确性和优点。分析了求解受多光阑限制的激光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式的困难性，结果表明，其困难性在于受单光阑限制激光束的解析传输公式中含有误差函数。     

基于二进制序列族的压缩感知测量矩阵构造

构造确定性测量矩阵对压缩感知理论的推广与应用具有重要的意义。该文源于代数编码理论,提出一种基于二进制序列族的确定性测量矩阵构造算法。相关性是描述矩阵性质的重要准则,减小相关性可使重建性能提高。该文推导出所构造测量矩阵的相关性小于同条件下的高斯随机矩阵和伯努利随机矩阵。理论分析和仿真实验表明,该方式构造的测量矩阵的重建性能优于同条件下的高斯随机矩阵和伯努利随机矩阵;所构造矩阵可由线性反馈移位寄存器结构实现,易于硬件实现,有利于压缩感知理论的实用化。