两类混合特征信号的超完备稀疏表示方法

本文提出了基于跳跃字典的超完备稀疏表示方法和基于自适应分割定义域的超完备稀疏表示方法,分别用于重建带有周期和方波特征的信号和带有周期和冲击特征的信号.实例表明,这两种方法对相应的信号在逼近误差和稀疏性上达到了比直接采用基追踪或小波逼近更好的效果.     

基于聚类的图像稀疏去噪方法

在图像去噪方法的研究中,非局部均值算法与稀疏去噪算法是近几年受到广为关注的方法.非局部均值算法将具有邻域相似性的像素点作加权平均;而稀疏去噪算法是将图像的非噪声部分用过完备字典进行稀疏表示.基于上述两种方法的思想,本文提出了基于聚类的稀疏去噪方法,该方法结合了非局部均值算法与稀疏去噪算法的优点,对相似的图像块进行聚类,并通过施加l1/l2范数的正则化约束,对同一类中的图像块在过完备字典上进行相同结构的稀疏表示,从而达到去噪目的.在字典的选择上,本文使用DCT字典和双正交小波字典,能够同时保留原图像中的平滑分量与细节分量.实验结果表明,本文方法比传统的稀疏去噪方法有更好的去噪效果.     

基于块分类稀疏表示的图像融合算法

针对基于单一字典训练稀疏表示的图像融合算法忽略图像局部特征的问题,提出了基于块分类稀疏表示的图像融合算法。此算法是根据图像局部特征的差异将图像块分为平滑、边缘和纹理三种结构类型,对边缘和纹理结构分别训练出各自的冗余字典。平滑结构利用算术平均法进行融合,边缘和纹理结构由对应字典利用稀疏表示算法进行融合,并对边缘结构稀疏表示中的残余量进行小波变换融合。实验结果证明,该算法相对于单一字典稀疏表示算法,在融合图像的主观评价和客观评价指标上都有显著改进,并且算法速度也有提高。     

基于Gabor特征的稀疏表示纹理分割研究

稀疏表示和字典学习在图像去噪、图像重建和模式识别等应用上取得了良好的效果,其利用稀疏系数和重构误差来作为模式分类的判别准则。稀疏表示纹理分割方法是将图像分割问题转换为像素点的分类问题。但通常稀疏表示分类方法是基于图像块特征,难以准确表征图像纹理信息。为了解决上述问题,提出基于Gabor特征的稀疏表示纹理分割方法。因为Gabor特征对图像纹理信息的鲁棒性,算法首先从每类纹理中选择一些像素点作为训练样本,计算其不同尺度和方向下的Gabor特征,将其作为初始化字典,通过判别性的字典学习算法(D-KSVD)更新字典,该字典学习算法在KSVD基础上使得字典更具有类别判别能力,最后以待分割图像的每个像素点作为测试样本,计算其Gabor特征。利用OMP算法得到测试样本在字典下的稀疏系数,根据稀疏系数得到类标签,进而对像素点进行分类,完成分割。通过在Brodatz纹理库上的实验结果表明,该方法有效提高了稀疏表示算法对纹理图像分割的正确率。     

基于多尺度字典的红外与微光图像融合

基于人类视觉系统及信号的过完备稀疏表示理论,提出了一种基于多尺度字典的红外与微光图像融合方法。首先把输入的红外与微光图像按照高斯金字塔模型分解,用DCT字典作为初始字典按照四叉树的结构进行分解,对于各尺度的字典按照K-SVD算法独立训练更新,构造出多尺度学习字典。其次在该字典下利用改进的OMP算法得到输入源图像各自的稀疏系数,然后按照最优化融合图像与输入源图像的欧氏距离、融合图像方差的准则,建立一个融合图像稀疏系数的最优化函数,最后通过求解该函数的l1范数得到融合图像。实验结果表明:该算法的融合效果优于小波变换法、Laplacian塔型方法以及PCA方法等传统融合方法。     

一种基于超完备字典学习的图像去噪方法

 基于超完备字典的图像稀疏表示因其具有稀疏性、特征保持性、可分性等特点而被广泛应用于图像处理.本文提出一种超完备字典学习算法并应用于图像去噪.将字典学习等价于一个二次规划问题,并提出适合于大规模运算的投影梯度算法.学习所得字典能有效描述图像特征.基于此超完备学习字典,获得图像的稀疏表示,并恢复原始图像.实验结果表明,与小波类去噪方法相比,本文的学习算法能更好地去除图像噪声,保留图像细节信息,获得更高的PSNR值.     

基于分块过完备稀疏表示的多聚焦图像融合

提出一种基于分块过完备稀疏表示的多聚焦图像融合算法。该方法将多聚焦源图像对应分块,采用稀疏模型进行分解,得到每个块的稀疏表示系数。考虑到稀疏系数向量的l1范数越大,带的信息量就越多,采用此因子对稀疏系数加权,求得融合系数,结合过完备字典重构融合图像。实验结果表明该图像融合方法取得较好的融合效果且优于传统小波分解融合方法。同时探讨了字典维数对所提出方法的影响。     

基于自适应过完备稀疏表示的红外图像滤波方法

针对传统滤波算法在滤除红外图像噪声时会损失部分有用信息的问题,提出一种基于自适应过完备稀疏表示的红外图像滤波方法。该方法采用K-SVD算法以待滤波的红外图像为样本训练出自适应过完备原子库;采用正交匹配跟踪算法将红外图像信号在该过完备原子库上稀疏分解为稀疏成分和其他成分,稀疏成分对应红外图像中的有用信息,其他成分对应红外图像中的噪声,由稀疏成分重建图像,从而达到消除噪声的目的。实验结果表明:该方法相比传统方法具有更好的滤波效果,重建图像质量较高。     

一种基于稀疏表示的红外与微光图像的融合方法

根据人类视觉系统及信号的过完备稀疏表示理论,提出了一种基于稀疏表示的红外与微光图像融合算法。该方法首先把图像分割成部分重叠的图像块,由正交匹配追踪算法完成图像块的稀疏分解;然后采用最大值融合准则选择融合系数并完成图像块的重构,得到融合结果图像。实验结果表明,本文算法的融合效果优于小波变换法、Laplacian塔型方法以及PCA方法等传统融合方法。     

基于数据驱动字典和稀疏表示的语音增强

本文提出了一种基于数据驱动字典和过完备稀疏表示的自适应语音增强方法。首先在训练阶段采用干净语音基于K奇异值分解(K singular value decomposition, K SVD)算法训练过完备字典,然后在测试阶段根据含噪语音的噪声方差自适应选择最优的阈值,采用正交匹配追踪算法对含噪语音信号在过完备字典上进行稀疏分解,最后利用系数稀疏表示重构语音信号,从而达到语音增强的目。该方法不像传统语音增强方法那样减少或消去噪声,而是从字典中选取适当的原子表示纯净信号,从而把纯净信号从含噪信号中分离出来。对白噪声和有色噪声环境下重构语音进行了主客观评价。仿真结果显示:该方法能有效去除加性噪声,并且改善了语音质量。      

基于小波变换与曲波变换的图像插值

提出了一种组合小波变换与曲波变换稀疏约束的图像插值算法。利用小波变换对图像纹理成份和曲波变换对图像卡通成份的稀疏表示特性,首先将图像插值问题转化成稀疏约束的图像重建问题,然后通过迭代投影对复原最优化问题进行求解,从而实现成份自适应的图像插值。实验结果表明,相比于现在有图像插值算法,本文算法可以显著地提高被插值图像的峰值信噪比(PSNR)和视觉质量。     

基于图像稀疏表示的红外小目标检测算法

基于超完备字典的图像稀疏表示是一种新的图像表示理论,利用超完备字典的冗余性可以有效地捕捉图像的各种结构特征,从而实现图像的有效表示.针对红外小目标检测问题,提出了一种基于图像稀疏表示的检测方法,该方法采用二维高斯模型生成样本图像,继而构造超完备目标字典,然后依次提取测试图像的图像子块并计算其在超完备字典中的表示系数,背...     

基于子空间的三阶多项式相位信号快速稀疏分解算法

针对稀疏分解冗余字典中原子数量庞大的缺点,该文提出一种三阶多项式相位信号的快速稀疏分解算法。该算法根据三阶多项式相位信号的特点,把原有信号变换成两个子空间信号,并根据这两个子空间信号构建相应的冗余字典,然后采用正交匹配追踪法来完成其稀疏分解,最后利用稀疏分解原理完成原有信号的稀疏分解。该算法把原有信号变换成两个不同子空间信号,构建了两个不同的冗余字典,对比采用一个冗余字典库,这种采用两个冗余字典的算法大大减少了原子数量,并且通过快速傅里叶变换,在一个冗余字典进行稀疏分解时,同时找到另一个冗余字典中的最匹配的原子。因此该算法通过减少原子数量和采用快速傅里叶变换大大加快了稀疏分解速度。实验结果表明,相比于采用Gabor原子构建的冗余字典,采用匹配追踪算法与遗传算法及最近提出的基于调制相关划分的快速稀疏分解,它的稀疏分解速度更快,并且具有更好的收敛性。     

基于光谱稀疏模型的高光谱压缩感知重构

提出了一种基于光谱稀疏化的压缩感知采样与重构模型,通过从训练样本中构建光谱稀疏字典提升光谱稀疏化效果,同时在重构时兼顾空间图像的全变分约束进一步提升重构精度.对200波段AVIRIS高光谱场景进行压缩感知重构的实验表明,利用构建的光谱稀疏字典与传统的DCT字典和Haar小波字典相比光谱稀疏化效果明显提升,同时在25%采样下基于光谱稀疏字典几乎无差别重构出了高光谱图像,同样条件下在空间和光谱的精度与现有常用方法相比有较大的提升.     

利用HSSIM和残差比阈值的3维激光扫描图像去噪

为了更好地实现3维激光扫描图像的去噪,提出一种融合直方图结构相似度(HSSIM)和残差比阈值的改进稀疏去噪算法。利用初始化过完备字典进行稀疏分解,以相似因子代替重构误差作为保真项,利用残差比阈值作为正交匹配追踪算法的迭代终止条件对图像进行去噪,获得了去噪后图像的峰值信噪比及HSSIM指标。结果表明,与基于db2小波变换、多尺度曲波变换和离散余弦变换的去噪方法相比,该算法能获得更好的峰值信噪比和HSSIM数据。在有效去除图像噪声的同时还能更有效地保留图像的细节特征。     

一种快速的基于稀疏表示和非下采样轮廓波变换的图像融合算法

为了提高图像融合的效率和质量,该文提出一种基于快速非下采样轮廓波变换(NSCT)和4方向稀疏表示的图像融合算法。该方法首先对源图像进行快速NSCT分解,生成一系列低通和高通子带。对于低频子带,利用自适应生成的DCT过完备字典进行快速的4方向稀疏表示和系数融合;对于高频子带,则利用高斯加权区域能量最大的融合规则进行系数融合。快速NSCT将传统NSCT的树形滤波结构转变为多通道滤波结构,能成倍提高分解效率;快速的稀疏融合则抛弃了传统的滑动窗口方法,以水平、垂直、对角线4个方向进行稀疏表示和稀疏融合,进一步提高算法效率。实验结果表明,提出的快速算法能在不影响融合质量的条件下将算法效率提高近20倍。     

Compression of facial images using the K-SVD algorithm

The use of sparse representations in signal and image processing is gradually increasing in the past several years. Obtaining an overcomplete dictionary from a set of signals allows us to represent them as a sparse linear combination of dictionary atoms. Pursuit algorithms are then used for signal decomposition. A recent work introduced the K-SVD algorithm, which is a novel method for training overcomplete dictionaries that lead to sparse signal representation. In this work we propose a new method for compressing facial images, based on the K-SVD algorithm. We train K-SVD dictionaries for predefined image patches, and compress each new image according to these dictionaries. The encoding is based on sparse coding of each image patch using the relevant trained dictionary, and the decoding is a simple reconstruction of the patches by linear combination of atoms. An essential pre-process stage for this method is an image alignment procedure, where several facial features are detected and geometrically warped into a canonical spatial location. We present this new method, analyze its results and compare it to several competing compression techniques.