自适应字典学习的多聚焦图像融合

基于人类视觉系统及信号的过完备稀疏表示理论,提出一种新的多聚焦图像融合算法。首先从待融合图像中随机取块构成训练样本集,经迭代运算获取过完备字典;然后由正交匹配追踪算法完成图像块的稀疏分解;再按分解系数的显著性选择融合系数并完成图像块的重构;重构块经重新排列并取平均后获得最后的融合图像。实验结果表明:该算法继承了目前较为优秀的多尺度几何分析方法的融合效果;在噪声存在的情况下,该算法表现出较好的噪声抑制能力,随噪声方差的升高,融合图像的主观质量及客观评价指标均要好于传统方法。     

稀疏表示和字典学习方法探讨

稀疏表示理论的重点在于求解稀疏系数,MP算法选择单一原子投影,会出现重复投影情况,改进的OMP算法通过对已选择原子构成的超平面投影求残差克服该问题,加快迭代速度,成为常用的稀疏分解方法。文中也通过对比实验发现基于学习方法得到的字典适应性强于固定字典,而字典学习方法中,K-SVD在求解字典D时,使用逐列更新的方法减少差值,该方法迭代效率优于MOD方法。     

基于Gabor字典的高光谱图像稀疏表示研究

在分析高光谱图像特性和稀疏表示理论的基础上,构建了Gabor冗余字典.采用基于正交匹配追踪的稀疏分解算法,实现了高光谱图像的稀疏表示.采用Matlab软件进行仿真,实验结果表明,与正交小波变换基相比,Gabor冗余字典具有更强的稀疏表示能力.     

基于过完备字典稀疏表示的图像超分辨率研究

提出一种基于过完备字典稀疏表示的通用图像超分辨率算法。利用过完备字典代替稀疏基,采用学习的方法得到低分辨率图像和高分辨率图像之间的关系,最终从高分辨率图像块的字典中重构出超分辨率图像。实现了基于matlab的稀疏表示(omp算法)和字典更新(K-SVD算法)的字典学习算法,并通过仿真实验,以PSNR等指标论证了编码算法的有效性。     

一种图像稀疏贪婪索引字典的构造方法

匹配追踪是一种直接求解稀疏问题的有效方法,但是匹配追踪的完全搜索方案耗费大量计算时间.已有的一些避免这种完全搜索的方案对贪婪的学习字典并不适用.本文提出一种基于索引字典的正交匹配追踪(OMPID)的新方法,通过改进的聚类方法建立学习字典的索引,通过索引寻找最佳匹配原子,从而大大地减少了蛮力搜索的时间开销.实验表明,本文方法构造的字典能够极大地提高算法的时间性能,同时对图像的降质影响不大.理论和实验分析还对OMPID算法的相关的参数设置提供了建议.     

基于稀疏表示的医学图像融合

针对传统基于K阶奇异值分解(KSVD)的字典学习算法时间复杂度高,学习字典对源图像的表达能力不理想,应用于医学图像融合效果差的问题,提出了一种新的字典学习方法:在字典学习之前对医学图像的特征信息进行筛选,选取能量和细节信息丰富的图像块作为训练集学习字典;根据学习得到的字典建立源图像的稀疏表示模型,运用正交匹配追踪算法(OMP)求解每个图像块的稀疏系数,采用"绝对值最大"策略构造融合图像的稀疏表示系数,最终得到融合图像.实验结果表明:针对不同的医学图像,提出的方法有效.     

基于字典学习和拓展联合动态稀疏表示的SAR目标识别

提出了一种基于字典学习和拓展联合动态稀疏表示的合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)图像的目标自动识别(Automatic target recognition, ATR)方法.首先, 在图像预处理时, 分割出目标区域和目标遮挡地面形成的阴影区域, 将这两个区域的信息结合起来能更好地表示图像.其次, 将字典学习方法LC-KSVD (Label consistent k-singular value decomposition)引入到训练阶段中, 分别学习目标区域和阴影区域的特征字典, 而不是直接将所有训练样本作为固定字典.最后, 在测试阶段提出了拓展联合动态稀疏表示算法, 使图像数据中的两个特征共享相似但不完全相同的稀疏模式, 还可处理图像噪声遮挡损坏问题.标准数据集上的实验结果表明, 该方法使不同类别更具区分性, 有效地提高了SAR图像的目标识别准确度.     

改进耦合字典学习的脑部CT/MR图像融合方法

针对目前使用单字典表示脑部医学图像难以得到精确的稀疏表示进而导致图像融合效果欠佳,以及字典训练时间过长的问题,提出了一种改进耦合字典学习的脑部计算机断层成像（CT）/磁共振成像（MR）图像融合方法。该方法首先将CT和MR图像对作为训练集,使用改进的K奇异值分解（K-SVD）算法联合训练分别得到耦合的CT字典和MR字典,再将CT和MR字典中的原子作为训练图像的特征,并使用信息熵计算字典原子的特征指标;然后,将特征指标相差较小的原子看作公共特征,其余为各自特征,并分别使用"平均"和"选择最大"的规则融合CT和MR字典的公共特征和各自特征得到融合字典;其次,将配准的源图像编纂成列向量并去除均值,在融合字典的作用下由系数重用正交匹配追踪（CoefROMP）算法计算得到精确的稀疏表示系数,再分别使用"2范数最大"和"加权平均"的规则融合稀疏表示系数和均值向量;最后通过重建得到融合图像。实验结果表明,相对于3种基于多尺度变换的方法和3种基于稀疏表示的方法,所提方法融合后图像在亮度、清晰度和对比度上都更优,客观参数互信息、基于梯度、基于相位一致和基于通用图像质量指标在三组实验条件下的均值分别为：4.1133、0.7131、0.4636和0.7625,字典学习在10次实验条件下所消耗的平均时间为5.96 min。该方法可以应用于临床诊断和辅助治疗。     

基于组稀疏表示的在线单帧图像超分辨率算法

基于稀疏表示的图像超分辨率重建算法以近似随机抽取的方式选取字典中的原子来拟合图像片,而实际中的字典原子的选择体现出了很强的结构稀疏性,从而导致算法计算复杂且引入了大量的误差,影响重建图像的质量。针对该问题,提出了一种基于组稀疏表示的在线图像超分辨率重建算法。该方法引入组稀疏理论,仅利用输入的低分辨率图像作为样本来构建组稀疏字典,通过结合组稀疏性和几何对偶性来构建超分辨率图像算法的成本函数,并使用提出的一种迭代的方法进行求解。实验表明,该算法在视觉观察和参数比较上都优于当前主流的超分辨率算法。     

基于结构字典的图像修复算法

随着稀疏表示理论的日渐完善,利用信号的稀疏性对图像进行修复得到广泛应用。本文针对传统的字典仅是一种无结构的扁平的原子的集合,没有充分利用原子之间相关性的问题,提出基于结构字典的图像修复算法。实验结果表明了该算法的有效性。基于结构字典的图像修复算法不仅可以训练字典更紧致地完成图像修复任务,而且训练得到的字典具有平移不变性、尺度灵活性等优点。     

基于MCA与判别字典学习的场景图文字检测方法

传统的文字检测方法在场景图像复杂背景、噪声污染和文字的多种形态特征的干扰下,检测的准确率很低,漏检、误检非常严重.针对这些问题,提出了基于形态成分分析(MCA)与判别字典学习的场景图像文字检测的方法.通过学习过完备字典将文字检测问题转化成稀疏和鲁棒表示的问题.利用MCA与改进的Fisher判别准则学习一个过完备字典,求解待检测图像文字部分的稀疏系数,重建待检测图像中的文字图像,进行文字检测.通过在ICDAR2003/2005/2011和MSRA-TDS00数据库中的大量的实验证明了与其他文字检测方法相比,该方法能有效提高检测准确率.     

基于字典学习的卫星图像压缩算法研究

针对卫星图像的特点及当前卫星图像在传输和存储上面临的问题,提出了一种基于稀疏表示的卫星图像二级无损压缩算法。通过传输稀疏表示后的稀疏系数来代替图像本身的传输,完成对卫星图像的第一级压缩;对非零稀疏系数先作预处理后实现聚类,然后依据聚类索引对原始非零稀疏系数的位置排序;最后对处理后的非零稀疏系数和位置数据分块,并利用改进的自适应哈夫曼算法对非零稀疏系数的数据块编码,利用差分编码和改进的自适应哈夫曼算法对位置数据块编码,完成对图像数据的第二级压缩。实验结果表明,与传统算法相比,所提算法具有明显优势,改进算法的压缩率是传统算法的1/3~1/2,且可同时实现卫星图像的高倍无损压缩与高分辨率重建。     

一种非零元个数约束的字典学习图像去噪算法*

提出了一种基于字典学习的图像去噪算法。在K-SVD字典学习算法的基础上,改变稀疏编码中误差约束为非零元个数约束来进行字典学习。在实验的基础上分析了使用不同非零元个数去噪时对峰值信噪比的影响,提出分别针对低噪图像和高噪图像采用两个固定非零元个数来进行字典学习,获得图像的稀疏表示,从而恢复出原始图像。实验结果表明,与小波软阈值去噪方法相比,本算法能够在保留图像边缘和细节信息的同时有效地去除图像中的噪声,具有较好的视觉效果。     

Robust face recognition via occlusion dictionary learning

Sparse representation based classification (SRC) has recently been proposed for robust face recognition. To deal with occlusion, SRC introduces an identity matrix as an occlusion dictionary on the assumption that the occlusion has sparse representation in this dictionary. However, the results show that SRC's use of this occlusion dictionary is not nearly as robust to large occlusion as it is to random pixel corruption. In addition, the identity matrix renders the expanded dictionary large, which results in expensive computation. In this paper, we present a novel method, namely structured sparse representation based classification (SSRC), for face recognition with occlusion. A novel structured dictionary learning method is proposed to learn an occlusion dictionary from the data instead of an identity matrix. Specifically, a mutual incoherence of dictionaries regularization term is incorporated into the dictionary learning objective function which encourages the occlusion dictionary to be as independent as possible of the training sample dictionary. So that the occlusion can then be sparsely represented by the linear combination of the atoms from the learned occlusion dictionary and effectively separated from the occluded face image. The classification can thus be efficiently carried out on the recovered non-occluded face images and the size of the expanded dictionary is also much smaller than that used in SRC. The extensive experiments demonstrate that the proposed method achieves better results than the existing sparse representation based face recognition methods, especially in dealing with large region contiguous occlusion and severe illumination variation, while the computational cost is much lower.     

基于字典学习的软件缺陷检测算法

针对目前存在的字典学习方法不能有效构造具有鉴别能力字典的问题,提出具有鉴别表示能力的字典学习算法,并将其应用于软件缺陷检测。首先,重新构建稀疏表示模型,通过在目标函数中设计字典鉴别项学习具有鉴别表示能力的字典,使某一类的字典对于本类的样本具有较强的表示能力,对于异类样本的表示效果则很差;其次,添加Fisher准则系数鉴别项,使得不同类的表示系数具有较好的鉴别能力;最后对设计的字典学习模型进行优化求解,以获得具有强鉴别和稀疏表示能力的结构化字典。选择经过预处理的NASA软件缺陷数据集作为实验数据,与主成分分析（PCA）、逻辑回归、决策树、支持向量机（SVM）和代表性的字典学习方法进行对比,结果表明所提出的具有鉴别表示能力的字典学习算法的准确率与F-measure值均有提高,能在改善分类器性能的基础上提高检测精度。     

基于多视图特征投影与合成解析字典学习的图像分类

针对目前存在的合成解析字典学习方法不能有效地消除同类样本之间的差异性和忽略了不同特征对分类的不同影响的问题,提出了一种基于多视图特征投影与合成解析字典学习（MFPSDL）的图像分类方法。首先,在合成解析字典学习过程中为每种特征学习不同的特征投影矩阵,减小了类内样本间的差异对识别带来的影响;其次,对合成解析字典添加鉴别性的约束,使得同类样本具有相似的稀疏表示系数;最后通过为不同类型的特征学习权重,充分地融合多种特征。在公开人脸数据库（LFW）和手写体识别数据库（MNIST）上进行多项对比实验,MFPSDL方法在LFW和MNIST数据库上的训练时间分别为61.236 s和52.281 s,MFPSDL方法相比Fisher鉴别字典学习（FDDL）、类别一致的K奇异值分解（LC-KSVD）、字典对学习（DPL）等字典学习方法,在LFW和MNIST上的识别率提高了至少2.15和2.08个百分点。实验结果表明,所提方法在保证较低的时间复杂度的同时,获得了更好的识别效果,适用于图像分类。     

基于冗余字典学习的图像修补算法

在稀疏表示理论研究的基础上,提出了基于不同冗余字典的图像修补算法。首先设计采用离散余弦变换或K-SVD算法获得冗余DCT字典、KSVDG全局字典及KSVDA自适应字典等三种不同的字典;然后分别基于上述三种不同的冗余字典,稀疏表示待处理图像;最终图像中缺损的部分将通过冗余字典和稀疏系数有效地表示出来。实验结果表明,提出的算法修补后的图像视觉效果好,并在峰值信噪比、特征相似度等主要图像质量评价指标上优于现有几种经典的图像修补方法。     

基于多标签判别字典学习的图像自动标注

针对图像自动标注中底层视觉特征与高层语义之间的语义鸿沟问题,在传统字典学习的基础上,提出一种基于多标签判别字典学习的图像自动标注方法。首先,为每幅图像提取多种类型特征,将多种特征组合作为字典学习输入特征空间的输入信息;然后,设计一个标签一致性正则化项,将原始样本的标签信息融入到初始的输入特征数据中,结合标签一致性判别字典和标签一致性正则化项进行字典学习;最后,通过得到的字典和稀疏编码矩阵求解标签稀疏编向量,实现未知图像的语义标注。在Corel 5K数据集上测试其标注性能,所提标注方法平均查准率和平均查全率分别可达到35%和48%;与传统的稀疏编码方法（MSC）相比,分别提高了10个百分点和16个百分点;与距离约束稀疏/组稀疏编码方法（DCSC/DCGSC）相比,分别提高了3个百分点和14个百分点。实验结果表明,所提方法能够较好地预测未知图像的语义信息,与当前几种流行的图像标注方法进行比较,所提方法具有较好的标注性能。     

基于稀疏表示与字典学习的彩色图像去噪算法

针对彩色图像在去噪时易产生模糊现象和伪色彩的问题,提出多信息结合字典算法。首先提出了基于RGB颜色空间各通道模值的加权梯度定义,并在此基础上建立了由彩色图像的亮度、加权梯度、颜色信息结合的一种过完备结构字典。其次利用噪声图像的稀疏性,通过不断更新迭代的字典训练过程,找到最优稀疏系数和最优学习字典,从而将噪声信息和图像有用信息分离开,精确重构图像并单求其颜色,进而得到去噪后的彩色图像。实验结果显示,与已有算法相比,本文提出的算法在不同的噪声强度下都取得了更好的视觉效果和更高的客观评价指标值,表明该算法具有良好的去噪性能。