语音重构的DCT域加速Landweber迭代硬阈值算法

重构信号的最基本理论依据是该信号在某个变换域是稀疏的或近似稀疏的。基于语音信号在DCT域的近似稀疏性,可以采用压缩感知(Compressed Sensing, CS)理论对其进行重构。压缩感知理论中的迭代硬阈值(Iterative hard thresholding, IHT)算法以其较好的性能被广泛用来重构信号,但其收敛速度比较慢,如何提高收敛速度,一直是迭代硬阈值算法研究的重点之一。针对压缩感知理论中的IHT算法收敛速度相当慢的问题,提出了语音重构的DCT域加速Landweber迭代硬阈值(Accelerated Landweber iterative hard thresholding, ALIHT)算法。该算法对原始语音信号做DCT变换,然后在DCT域将每一步Landweber迭代分解为矩阵计算和求解两步,通过修改其中的矩阵计算部分实现Landweber迭代加速,最后通过迭代硬阈值对信号做阈值处理。实验结果表明,加速Landweber迭代硬阈值算法加快了收敛速度、减少了计算量。      

基于串行策略的SCMA多用户检测算法

稀疏码多址接入(SCMA)作为一个前景广阔的5 G无线空口技术,能够满足海量连接的需求。针对现有SCMA通信系统都是基于并行策略的消息传递算法(MPA)进行多用户检测,存在信息收敛速度不理想的问题,该文提出一种串行策略的多用户检测算法。该算法以资源节点为序,按串行方式依次进行消息更新与传递,保证更新的消息能够立即进入当前迭代过程,改善了消息传递的收敛速度,相比并行策略的多用户检测算法,降低了算法复杂度;同时,充分利用消息间相互关联的特点,融合消息传递步骤,降低了存储器的要求。理论与仿真结果表明,该算法在误比特率(BER)性能与算法复杂度之间可以达到较理想的平衡。     

基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量

为了能够快速准确地实现3维测量,提出了一种基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量方法。该方法采用数字图像相关法对校正后的图像进行立体匹配,克服了传统立体匹配方法精度不高的问题;采用贝叶斯模型估计图像视差,并将其作为数字图像相关法非线性迭代优化的视差初值,克服粗搜索方法寻找视差初值计算量大、精度低的缺点;基于校正后图像与原图像之间的投影关系,由最小二乘法计算出匹配点的3维坐标。结果表明,基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量算法,能够快速准确地实现3维视觉测量。     

基于串行消息传递机制的QC-LDPC码快速译码算法研究

针对准循环LDPC(QC-LDPC)码基于洪水消息传递机制译码算法的不足,该文提出了一种快速的分组串行译码算法。该算法通过将LDPC码的校验节点(或变量节点)按一定规则划分成若干个子集,在每一轮迭代过程中,依次对各个子集中的校验节点(或变量节点)并行地进行消息更新,提高了译码速度。同时根据分组规则,提出了一种有效的分组方法,并通过分析发现基于循环置换阵的准循环LDPC码非常适合采用这种分组译码算法进行译码。通过对不同消息传递机制下准循环LDPC码译码算法性能的仿真比较,验证了在复杂度不增加的情况下,该译码算法在继承了串行译码算法性能优异和迭代收敛快等优点的同时,极大地提高了准循环LDPC码的译码速度。分析表明,分组串行译码算法译码速度至少为串行译码算法的p倍(p为准循环LDPC码校验矩阵中循环置换阵的行数或列数)。     

矩阵迭代和Dijkstra两种算法在交通运输路径选择中的对比

本文基于矩阵迭代算法及Dijkstra算法,对两者在最短路径问题中的差异性进行了对比。结果表明:Dijkstra算法可一次求得一点到其他各点的最小阻抗,该算法在进行最短路径的计算时,需要对相邻点进行反复搜寻,计算效率较低,收敛速度较慢。矩阵迭代算法没有严格路径次序限制迭代顺序,可实现算法并行计算,计算速度较高。在阻抗矩阵为对称矩阵时,在经过迭代后,得到的矩阵仍为对称矩阵,这样可使每次迭代的计算量得到减少。通过在重庆市路网上随机选取8个终点及起点,对起始点1点到8点的最短路径及阻抗进行计算表明,Dijkstra算法所用时间为0.673s,迭代矩阵算法所用时间为0.501s,矩阵迭代算法的计算速度更快。在矩阵4×4、6×6、8×8中,矩阵迭代算法的运算时间均比Dijkstra算法的运算时间要小,其迭代次数次数也远远小于Dijkstra算法的迭代次数,这进一步表明,矩阵迭代算法的计算效率要比Dijkstra算法的计算效率高。     

基于改进局部一致性约束的立体匹配算法

针对PatchMatchStereo立体匹配算法在实现倾斜平面时，因使用随机函数生成平面参数而导致算法计算量大且误匹配率高的问题，提出一种基于局部一致性约束的立体匹配算法。首先，通过对图像中的像素进行稀疏匹配获得视差置信度高的支撑点；其次，利用三角剖分为图像内各像素点确定一个三角平面，计算平面参数并分配给该平面内的点；然后，通过迭代传播为每个像素点找到更加准确的平面参数，构建出局部一致性平行窗口模型；最后，通过平面参数计算视差值并通过视差后处理优化视差。本文算法在Middlebury评估平台第三版标准测试数据集上进行实验，实验结果表明，处理后的平均误匹配率比PMS算法降低了4.39%，其中对单个图像的误匹配率最高降低15.42%。本文算法在降低误匹配率的同时提高了图像处理的效率，相较于其他算法具有显著的优越性。     

基于GPU并行计算的OMP算法

重建算法在压缩感知理论中有着重要的作用,经典的正交匹配追踪(OMP)重建算法在每次迭代中对已选择的原子进行正交化处理以加速算法的收敛速度,但同时增加了算法的计算复杂度。针对这一问题,提出了一种基于图形处理单元(GPU)并行计算的OMP算法,重点对算法中复杂度高的投影和矩阵求逆部分在GPU平台上进行并行设计。实验结果表明基于GPU的并行OMP算法相对于其串行算法加速比可以达到30~44倍,有效地提高了算法的计算效率,拓宽了该算法的应用范围。     

一种用于水声信道的稀疏权超指数迭代盲均衡算法研究

超指数算法的迭代算法便于跟踪时变信道,但是,其计算量与权长的平方成比例,不利于工程实现.该文利用水声信道的稀疏性,采用超指数算法的部分步骤,估计权向量并进行稀疏处理,初始化超指数迭代算法,不但减小了算法的计算量,而且加快了算法的收敛速度.计算机仿真证明了该方法的有效性.     

网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射

本文应用基于消息传递(Message Passing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法.通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去,从而实现FDTD并行计算.我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法.计算结果表明了本方法的正确性和有效性.     

一种基于交错行列消息传递的LDPC码改进译码算法

为进一步改善低密度奇偶校验(LDPC)码译码算法的纠错性能,并加快其译码的收敛速度,提出一种基于交错行列消息传递的改进译码算法.该算法通过将动态调度策略译码算法中的残差值思想引入到串行调度译码算法中,使得串行调度译码算法在每次迭代进行消息更新前都会进行一次残差值排序的计算,并对其节点消息原有的固定更新顺序进行重新排序.仿真结果表明:在误码率为10-4时,该改进的译码算法相比于行消息传递算法和列消息传递算法有0.25和0.24 dB的增益;在误码率为10-5时,相比于交错行列消息传递算法有0.13 dB的增益.     

基于多尺度分析的快速相位立体匹配

基于相位的立体匹配是双目投影光栅相位法中的重要步骤,但传统的相位匹配方法在处理高分辨率图像时因存储空间大大增加,难以达到匹配速度与精度的平衡。文章提出了一种基于多尺度分析的快速相位立体匹配算法,采用分层匹配的策略,对预处理后的左右绝对相位图进行降采样以生成图像金字塔,利用低分辨率的视差匹配结果以预测下一层视差,以此降低下层高分辨率图像的视差搜索范围,达到匹配速度与精度的平衡。实验结果表明,所提算法在保证精度的情况下能有效提升相位立体匹配速度,实现高分辨率相位图快速准确的立体匹配。     

彩色立体图像匹配算法研究

立体图像匹配对于自由立体重建、三维测量以及立体显示中图像压缩来说是非常重要的。针对区域灰度互相关图像匹配的计算量大、速度慢的情况,运用了一组快速灰度互相关计算公式,提出了用视差限制搜索空间。同时,针对彩色图像的特点,将彩色图像的色彩信息考虑进图像的匹配过程中,将彩色图像的R、G、B三单色图像分别进行灰度相关匹配,定义并采用了颜色分量权重系数来抑制误匹配点。实验表明,该方法有效地减少了计算量,加快了计算速度,提高了图像匹配精度,具有较好的实时性。该方法将应用于三维立体显示中基于视差图的视差进行图像压缩。     

基于小基高比的快速立体匹配方法

为了提高立体匹配效率和获得高精度的亚像素级视差,该文提出一种快速的小基高比立体匹配方法。该方法首先利用积分图像加速自适应窗口和规范互相关度量的计算,然后根据可靠性约束进一步拒绝错误匹配,再采用基于迭代二倍重采样的亚像素级匹配方法为可信点计算亚像素级视差,最后利用基于图分割的视差平面拟合方法获得稠密的亚像素级视差图。实验结果表明该方法不但可获得高精度的亚像素级视差而且还提高了算法的匹配效率,满足了小基高比立体重建的需求。     

基于Tao 立体匹配框架的全局优化算法

传统的基于全局优化的立体匹配算法计算复杂度较高,在遮挡和视差不连续区域具有较差的匹配精度。提出了基于Tao 立体匹配框架的全局优化算法。首先采用高效的局部算法获取初始匹配视差;然后对得到的视差值进行可信度检测,利用可信像素点和视差平面假设使用具有鲁棒性的低复杂度算法修正不可信任像素视差值;最后改进置信度传播算法,使其能够自适应地停止收敛节点的消息传播,并对经修正的初始匹配进行优化,提高弱纹理区域匹配准确度。实验结果表明,文中算法有效地降低整体误匹配率,改善了视差不连续及遮挡区域的匹配精度;同时,降低了算法整体复杂度,兼顾了速度,具有一定的实用性。     

光栅式双目立体视觉传感器的立体匹配方法

光栅式双目立体视觉传感器的难点之一在于立体匹配问题,为此,提出了一种基于极线约束和空间点最小距离搜索的立体匹配方法.该方法将光栅式双目立体视觉传感器看作两个光栅结构光传感器,分别标定后可测定光条中心点关于某个结构光模型的三维坐标,若两点匹配,则其三维坐标间的距离理论上为零.引入极线约束,在左摄像机成像光条上找一个特征点,在右摄像机所成像中便可计算出一条极线与之对应,在极线与各光条中心的交点中寻找匹配点.该方法在三维空间进行匹配,计算量小,能够实现点与点的唯一匹配.仿真实验表明了该方法的有效性.     

基于差异的视差估计方法研究

视差估计在立体图像编码、视频检索、立体图像分割等领域有重要的应用,是进行图像、视频分析的基础。首先,基于模糊隶属度提出了一种基于差异的视差估计方法;其次,引入模糊隶属度,把图像灰度转换为差异值;然后,分析了多块匹配的优越性;提出了基于多块匹配的视差估计方法;最后,在Middlebury网站上的测试结果证明了该方法的有效性。     

A new parallel hardware architecture for high-performance stereo matching calculation

In this paper, we propose a hardware (H/W) architecture to find disparities for stereo matching in real time. After analyzing the arithmetic characteristic of stereo matching, we propose a new calculating method that reuses the intermediate results to minimize the calculation load and memory access. From this, we propose a stereo matching calculation cell and a new H/W architecture. Finally, we propose a new stereo matching processor. The implemented H/W can operate at the clock frequency of 250 MHz at least in the FPGA (field programmable gate array) environment and produce about 120 disparity images per second for HD stereo images.     

融合梯度特性与置信度的立体匹配算法

针对现有局部立体匹配算法在计算匹配代价时, 不能很好区分强弱纹理区域,及在视差计算过程 中,不能很好的解决视差歧义问题,提出一种融合梯度特性与置信度的立体匹配算法。首先 计算梯度特 征,并根据梯度特征信息选择匹配代价计算的匹配窗口,针对强弱不同纹理区域选择不同尺 寸的匹配窗 口,有效的提高了立体匹配精度,降低了误匹配率;然后在视差计算中引入置信度约束条件 ,解决了视差 计算中视差歧义的问题,提高了立体匹配算法的稳定性与精度;最后使用水平与垂直方向交 叉区域检测进 行奇异值的修正。实验结果表明,该算法在Middlebury数据集中31对 立体图像对的平均误匹配率为7.96%,有效的提高了立体匹配精度。     

Edge-preserving guided filtering based cost aggregation for stereo matching

Stereo matching has been widely used in various computer applications and it is still a challenging problem. In stereo matching, the filter-based stereo matching methods have achieved outstanding performance. A local stereo matching method based on adaptive edge-preserving guided filter is presented in this paper, which can achieve proper cost-volume filtering and keep edges well. We introduce a gradient vector of the enhanced image generated by the proposed filter into the cost computation and the Census transform is adopted in the cost measurement. This cost computation method is robust against radiometric variations and textureless areas. The edge-preserving guided filter approach is proposed to aggregate the cost volume, which further proves the effectiveness of edge-preserving filter for stereo matching. The experiments conducted on Middlebury benchmark and KITTI benchmark demonstrate that the proposed algorithm produces better results compared with other edge-aware filter-based methods.     

基于立体视觉技术的实时测距系统研究

双目立体视觉测距系统由于计算量大、受限于硬件水平等原因,通常无法做到实时测距,为解决这一问题,对双目立体视觉的关键技术进行研究与分析后,采用预标定方法,通过选取一种快速的立体匹配算法,对其各参数进行优化,并以动态视差搜索的方式,结合目标跟踪算法,实现了对目标的实时跟踪与测量。经实验验证,该系统成本低、可行性高,能实时对目标进行跟踪与测量,并在一定范围内具有较高的精度,且有一定的应用价值。