结合全变差与自适应低秩正则化的图像压缩感知重构

针对基于固定变换基的协同稀疏图像压缩感知(CS)重构算法不能充分利用图像自相似特性的问题,提出了一种改进的联合全变差与自适应低秩正则化的压缩感知重构方法。首先,通过图像块匹配法寻找结构相似块,并组成非局部相似块组;然后,以非局部相似块组加权低秩逼近替代协同稀疏表示中的三维小波变换域滤波;最后,结合梯度稀疏与非局部相似块组低秩先验构成重构模型的正则化项,并采用交替方向乘子法求解实现图像重构。实验结果表明,相比协同稀疏压缩感知重构(RCoS)算法,该方法重构图像的峰值信噪比平均可提升约2 dB,所提算法在准确描述图像非局部自相似结构特征的前提下显著提高了重构质量,更好地保留了图像的纹理细节信息。     

基于非局部相似模型的压缩感知图像恢复算法

针对压缩感知(Compressed sensing, CS)图像恢复问题, 提出了一种基于非局部相似模型的压缩感知恢复算法, 该算法将传统意义上二维图像块的稀疏性扩展到相似图像块组在三维空间上的稀疏性, 在提高图像表示稀疏度的同时进一步提高了压缩感知图像恢复效率, 恢复图像在纹理和结构保持方面都得到了很大的提升. 在该算法模型求解过程中, 使用增广拉格朗日方法将受限优化问题转换为非受限优化问题, 为减少计算复杂度, 还使用了基于泰勒展开的线性化技术来加速算法求解. 实验结果表明, 该算法的图像恢复性能优于目前主流的压缩感知图像恢复算法.     

基于先验图像-压缩感知的CT局部重建算法

为了提高CT图像局部重建的质量,在压缩感知理论的基础上提出基于先验图像-压缩感知的CT局部重建算法.首先对获得的局部感兴趣区域内的投影数据进行滤波反投影重建,并将重建的CT图像作为迭代的初始图像;然后以图像的总变差最小化为原则对局部感兴趣区域进行凸集投影总变差最小化重建.以Shepp-Logan模型和某型固体火箭发动机为例进行实验的结果表明,该算法能够获得更好的CT图像局部重建质量,且具有更强的抑噪性能.     

结合压缩感知与非局部信息的图像超分辨率重建

针对现有的超分辨率重建算法只考虑图像块的灰度信息,而忽略了纹理信息,并且大多数非局部方法在强调非局部信息的同时,没有考虑局部信息的问题,提出一种结合压缩感知与非局部信息的图像超分辨率重建算法。首先,根据图像块的结构特征计算像素之间的相似性,同时考虑了图像块的灰度信息和纹理信息;然后,合并图像的局部和非局部信息来估计相似像素的权重,构造结合局部和非局部信息的正则项;最后,将图像的非局部信息引入到压缩感知框架中,通过迭代收缩算法求解稀疏表示系数。实验结果表明,所提算法与现有的基于学习的超分辨率算法相比,重建图像的峰值信噪比和结构相似度取值更高,并且在恢复图像纹理细节的同时有效抑制了噪声。     

压缩感知和相似性约束的图像超分辨率重构算法

针对通过外部学习进行超分辨率存在图像质量不佳、细节不真实的问题提出一种压缩感知和相似性约束的单帧图像超分辨率算法。算法首先利用压缩感知中测量域与频域的线性关系对训练库图像在测量域分类,对不同类别图像块训练对应类别的字典,提高字典的表示能力;然后在重构时利用图像的非局部相似性,将图像在分类字典下的稀疏性和相似块信息同时作为先验信息联合约束重构过程,最后恢复出高分辨率图像。实验结果表明算法重构出的高分辨率图像具有丰富的细节以及清晰的边缘,重构图像主观质量良好。     

基于特征加权的快速压缩感知跟踪

基于压缩感知的目标跟踪算法具有简单、实时、高效的特点。快速压缩感知目标跟踪算法FCT(Fast Compressive Tracking)生成目标高维特征未考虑不同尺度滤波器生成特征的有效性,目标与候选样本之间的相似性度量仅考虑简单叠加,在目标受到光照、遮挡等外界因素的影响下易使跟踪结果出现偏差。针对这些问题,提出一种基于特征加权的快速压缩感知跟踪算法。该算法根据滤波器尺度,自适应地分配权值,生成目标高维特征。算法将候选样本各维压缩特征分类为目标压缩特征的可能性与贝叶斯分类器输出相乘,作为目标与候选样本之间的相似性度量。实验结果表明,提出的方法在目标受到光照、遮挡等外界因素的影响下具有更强的鲁棒性。     

非局部的变分正则化图像放大算法

针对Chambolle图像放大模型存在分块效应,提出一种非局部的变分正则化图像放大算法。该算法的思想是构造一个适用于图像放大的变分泛函,该泛函由正则项和数据保真项构成,其中图像的正则项是用非局部全变差范数进行估计,进而用迭代投影方法求泛函的最小解,即为放大后的图像。与传统的图像插值方法不同,该算法是用变分的思想进行图像放大,非局部全变差的引入更使得该算法不只是利用图像的单个像素点,或某一邻域内的灰度和梯度信息进行放大,而是更大范围地利用了图像本身的信息,这将更有效地保留图像特征,避免了Chambolle方法在图像放大时出现的分块效应。实验结果表明,该算法能更好地保留边缘和细节信息,放大图像的清晰度比Chambolle图像放大方法和样条插值的效果要好。     

基于压缩感知的自适应正则化磁共振图像重构

当前基于压缩传感理论的正则化磁共振(CS-MR)图像重构算法普遍采用全局正则化参数,不能很好地在保持边缘和平滑噪声方面做出平衡。为此,提出一种自适应的正则化CS-MRI重构算法。结合图像稀疏性和其局部光滑性的先验知识,采用非线性共轭梯度下降算法求取最优化问题,并在迭代过程中自适应地改变局部正则化参数。新的正则化参数可以更好地恢复图像边缘,并且有利于平滑噪声,使代价函数在定义域内具有凸性;同时先验信息包含于正则化参数中,以提高图像的高频成分。实验结果表明该算法能有效权衡恢复图像边缘和平滑噪声两者的关系。     

压缩感知在Micro-CT图像超分辨重建中的应用

Micro-CT成像中重建图像的分辨率往往受到X射线的辐射剂量和探测器单元的孔径及大小的限制。在不改变原有成像参数的前提下,通过将重建图像网格的上采样以及重建图像的稀疏性假设先验,提出一种基于全变差模型的Micro-CT图像超分辨率重建模型。基于扩展梯度投影方法,将模型解耦分解为沿保真项的梯度方向下降、TV去噪、两步迭代结果线性组合这3步交替迭代求解。对模拟图像和实际数据进行了仿真测试,并同传统的滤波反投影方法进行了比较。实验结果表明,该算法能够有效提高重建图像的分辨率。     

改进的迭代重加权最小二乘非凸压缩感知算法

非线性重构算法是压缩感知的三个主要研究内容之一。在详细分析了现有的迭代重加权最小二乘[?p]优化方法的基础上,提出改进的迭代重加权最小二乘[?p]范数最小化非凸压缩感知优化算法。实验结果表明,改进的算法拥有更高的成功重建百分比和重建速度,在同样稀疏度的情况下可以大大减少所需的测量次数,对于压缩感知的重建算法研究以及实际应用都具有重要的意义。     

基于压缩感知理论的图像融合方法

基于压缩感知（Compressed Sensing,CS）理论,提出了一种采样点少且结构简单易实现的图像融合方法。对需要处理的两幅或多幅图像进行小波变换,分别对得到的小波系数进行稀疏处理得到稀疏矩阵,通过系数绝对值较大法进行融合,对融合后的系数矩阵通过随机观测获取压缩采样,而图像恢复则是对得到的压缩采样通过求解最优化的问题得到。由于对小波系数进行了稀疏处理,故该方法可以用少量的采样点来恢复图像。实验结果表明,在相同采样点下,该方法得到的图像质量（PSNR）明显优于传统的系数绝对值较大法融合;在少量采样点下,采用该方法也可以使融合的图像达到较好的效果。     

一种改进的图像分块压缩感知模型

分块压缩感知用于图像获取可以解决传统压缩感知在重构时运算量大的问题,但是运用分块压缩感知却使重构图像的质量有所降低。提出了一种改进的图像分块压缩感知算法。该算法通过对观测矩阵加权,保证了图像低频部分在重构时获得更大的精度,提高了图像的质量。另外,算法根据各图像块不同纹理复杂性,自适应地改变观测值数目,使得在保证图像质量的前提下,重构所需的总观测值数目更少。实验证明了该算法的有效性。     

基于压缩感知的低能耗图像传感器节点研究

在无线多媒体传感器网络中,多媒体传感器节点的能耗问题是限制其应用和发展的重要因素。从图像编码复杂度和编码压缩率方面对节点的能耗进行分析,研究基于压缩感知(CS)的图像编码理论和节点的能耗模型。然后结合能耗模型,通过实验仿真分析DCT-CS图像编码方案和JEPG图像编码方案的图像编码和传输总能耗。实验结果表明,相比于JPEG方案,DCT-CS方案能够降低节点的总能耗。最后,在STM32F103和CC2530硬件平台上完成基于DCT-CS编码的图像传感器节点软、硬件设计,以达到降低节点能耗的目的。     

基于压缩感知理论的分类量化图像编码方法*

针对矢量量化压缩速度慢、图像复原效果不理想等问题,根据图像小波分解后高频子带稀疏的特点,提出了一种基于压缩感知（compressed sensing,CS）理论的分类量化图像编码算法。仿真结果表明,与LBG矢量量化编码算法相比,重构图像质量得到极大提升,在相似压缩比下,该算法取得了较好的效果,PSNR 平均有1～3 dB 的明显提高;在相似信噪比（PSNR）下,该算法在图像压缩方面也有很大改进。     

结合局部与非局部的图像复原方法

为了更好地复原图像的细节,提出了一种结合局部与非局部的图像复原方法。将图像中的细节准确地提取出来,对提取的细节进行非局部全变差约束,同时对剩下的图像成分进行局部全变差约束。提出的方法很好地结合了非局部全变差和局部全变差的优点,实现了图像细节更好的复原。实验结果表明,提出的方法与近几年的一些较好的图像复原方法相比,不仅主观的视觉效果得到了明显的改进,而且客观的峰值信噪比也增加了0．11～2．28 dB。     

Bregman交替迭代遥感图像复原方法

针对多种退化因素的遥感图像复原问题,提出一种基于Bregman迭代的遥感图像消除不规则采样、去模糊和去噪总变差复原方法。在此基础上,结合非局部正则化方法,提出一种自适应计算非局部均值滤波器参数的方法。求解时使用交替最小化方法将复杂的复原问题分割为两个容易求解的子问题。实验结果表明,本文方法比其他基于Bregman迭代的方法收敛速度快、复原效果好,且加入非局部正则化后具有更好的纹理细节信息保持能力。     

基于压缩感知的无线传感网络数据压缩

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）负责感知、采集、处理和监控环境数据,但是容易受限于资源。压缩感知（Compressed Sensing,CS）理论表明,利用最优化理论,稀疏信号可以从少量的非自适应线性投影中高概率精确恢复。根据CS理论设计WSN的数据压缩方法只依赖于信号内在的结构和内容,而不是信号的带宽,弥补了WSN的不足;提出了基于稀疏随机投影的编码方法;仿真结果表明系统在满足误差要求条件下构造的数据包减少至结点数目的30%,提高了WSN通信效率,降低了系统能耗。     

基于离散剪切波的压缩感知MRI图像重建

针对二维小波变换捕捉方向信息有限, 不能稀疏地表示MRI图像中曲线状奇异特征的缺点, 提出了一种基于离散剪切波变换的压缩感知MRI图像重建新方法。先对MRI图像作剪切波变换, 得到各尺度、方向子带的剪切系数, 再采用正交匹配追踪算法恢复稀疏处理后的系数, 最后进行剪切波反变换得到重建图像。实验结果表明, 与小波变换相比, 基于离散剪切波的压缩感知MRI图像有更好的重建效果, 更有利于保留纹理和边缘信息。