复数图像去噪算法的稀疏编码实现

针对复数图像系统所获取的图像具有噪声的问题,将稀疏编码理论扩展到复数域中,并且运用该理论提出一种复数据的降噪算法.该算法采用复数域的正交匹配追赶算法对图像进行稀疏编码,利用自适应方式从待训练含噪图像样本中获取表示词典,并指出最终图像的降噪效果与表示的稀疏度有关.实验结果表明,文中算法对于复数图像取得了很好的降噪效果,尤其是可以有效地提高复数相位的降噪信噪比.     

K-means聚类方法下的复数图像群组稀疏编码降噪算法

稀疏编码已经广泛应用于复数图像的降噪问题,其中,近些年提出的分组稀疏编码由于能够充分利用同一分组图像块的相似性,在滤除噪声和提高降噪信噪比方面具有更大的优势.研究了一种基于K-means聚类方法的复数图像分组稀疏降噪算法,通过改进聚类算法,验证了K-means算法对分组稀疏编码算法的分组有效性.采用在线复数词典训练算法快速获取编码字典,并运用分组正交匹配追踪算法,实现了分组图像块的稀疏编码.通过限制每一分组图像块中编码的相似性,有效抑制了对图像块中噪声的编码,提高了对复数图像的降噪效果.为验证算法的有效性,对模拟和真实的干涉合成孔径雷达图像的仿真噪声进行了定量分析,证明了所提算法相对于以前的分组稀疏编码算法在峰值信噪比指标上有一定的提升.最后对真实的干涉合成孔径雷达图像进行了降噪,进一步验证了所提降噪算法对于真实噪声的降噪能力.     

基于低秩稀疏分解与协作表示的图像分类算法

目前,大部分图像分类算法为了获取较高的性能均需要充分的训练学习过程,然而在实际应用中,往往存在训练样本不足及过拟合等问题。为了避免上述问题出现,在朴素贝叶斯最近邻分类算法的原理框架下,基于非负稀疏编码、低秩稀疏分解以及协作表示提出一种非参数学习的图像分类算法。首先,基于非负稀疏编码和最大值汇聚操作表示图像信息,并构建具有低秩性质的同类训练图像集的局部特征矩阵;其次,采用低秩稀疏分解结合别类标签信息构建两类视觉词典以充分利用同类图像的相关性和差异性;最后基于协作表示表征测试图像并进行分类决策,实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于子空间追踪的人脸识别

针对现有的基于稀疏表示的人脸识别方法没有更新优化选择的原子的问题,提出一种基于子空间追踪的人脸识别方法。在稀疏编码过程中的原子选择步骤中,引入回溯迭代优化思想和多原子选择方案,通过移除可信度较低的原子来更新优化候选支撑向量中选择的原子,使选择的原子与待识别人脸图像具有最相似的结构,从而在该原子上的稀疏编码系数具有较好的人脸重构能力。实验证明,与基于正交匹配追踪（OMP）算法和基于OMP-cholesky算法的人脸识别相比,该算法在ORL和Yale B人脸数据库上的算法复杂度较低且识别率均提高了约5%。     

哈希编码结合空间金字塔的图像分类

目的 稀疏编码是当前广泛使用的一种图像表示方法,针对稀疏编码及其改进算法计算过程复杂、费时等问题,提出一种哈希编码结合空间金字塔的图像分类算法。方法 首先,提取图像的局部特征点,构成局部特征点描述集。其次,学习自编码哈希函数,将局部特征点表示为二进制哈希编码。然后,在二进制哈希编码的基础上进行K均值聚类生成二进制视觉词典。最后,结合空间金字塔模型,将图像表示为空间金字塔直方图向量,并应用于图像分类。结果 在常用的Caltech-101和Scene-15数据集上进行实验验证,并和目前与稀疏编码相关的算法进行实验对比。与稀疏编码相关的算法相比,本文算法词典学习时间缩短了50%,在线编码速度提高了1.3～12.4倍,分类正确率提高了1%～5%。结论 提出了一种哈希编码结合空间金字塔的图像分类算法,利用哈希编码代替稀疏编码对局部特征点进行编码,并结合空间金字塔模型用于图像分类。实验结果表明,本文算法词典学习时间更短、编码速度更快,适用于在线词典学习和应用。     

基于稀疏表达的遮挡目标跟踪算法

针对视觉跟踪中的目标遮挡问题,提出一种基于稀疏表达的视觉跟踪算法。采用稀疏表达方法描述跟踪目标,构造基于Gabor特征的目标词典和遮挡词典,通过l1范数最优化求解稀疏表达系数。在粒子滤波框架下跟踪目标,根据稀疏表达系数判断遮挡,并利用重构残差更新遮挡情况下的粒子权重。在目标模板更新时,通过引入可靠性评价来抑制模板漂移。实验结果表明,该算法能够有效地跟踪处于遮挡状态下的运动目标,并对目标姿态变化以及光照变化具有较好的鲁棒性。     

标签一致K-SVD稀疏编码视频跟踪算法

稀疏编码视频目标跟踪算法对目标遮挡问题有一定的适应性,但当目标受背景杂波、光照变化等干扰时,跟踪结果将会出现漂移现象.为此,提出一种基于字典学习和模板更新的视频目标跟踪算法.该算法在构造字典时加入背景模板集,利用标签一致K-SVD方法进行字典学习,同时训练出低维字典和目标背景分类器;在稀疏编码过程中,借助粒子滤波技术,采用分类器分类结果和候选目标直方图构建整体似然模型;最后通过字典学习更新字典、分类器及目标直方图.采用标准数据库中具有挑战性的视频数据进行算法测试实验,结果表明,对于存在遮挡、背景杂波、光照变化、目标旋转和尺度变化等复杂跟踪环境下的目标跟踪,文中算法都能有效地降低跟踪结果存在的漂移现象,且具有较好的稳定性.     

原子簇快速匹配追踪算法

针对稀疏表示中匹配追踪算法计算复杂度过大的问题,提出了基于冗余字典原子相关性的匹配追踪算法.该算法利用相邻迭代过程中匹配原子的相关性对冗余字典进行簇化,得到M个多原子集合(原子簇);每次迭代过程中利用LVQ神经网络的快速学习能力从原子簇中选取目标簇;最后在目标簇中选取匹配信号结构的若干原子进行信号的稀疏逼近.实验采用一维稀疏信号进行仿真,结果表明与匹配追踪算法相比,其逼近性能相近,同时稀疏分解速度大大提高.     

面向分类的增量字典学习算法

针对面向分类的传统字典学习方法在大数据集上批量学习时计算代价较高的问题,提出一种类特定的增量式字典学习算法。该算法在初始训练集上进行类特定的字典学习得到初始字典,通过增量数据集选取增量字典原子初始值。根据不能在初始字典上稀疏表示且互信息最大的原则,从增量样本集中选取若干样本作为增量字典原子的初始值。在保持原有字典原子不变的情况下,迭代更新编码系数和增量字典原子,直至收敛得到新的字典。利用稀疏表示分类器,在Eclipse数据集和ORL人脸图像数据库上的实验结果验证了该算法的分类有效性和计算代价上的优越性。     

基于稀疏编码和SVM的协同入侵检测

将稀疏编码理论应用于入侵检测,并提出一种将稀疏编码理论和支持向量机结合的入侵检测算法。稀疏性约束同时引入到过完备词典学习和编码过程,学习到的系数作为特征送入到支持向量机进行入侵检测。实验表明,稀疏性具有一定的去噪能力,使得学习的特征更富有判别力。同时实验也验证了所提出的方法能保证较高的检测率和较低的误报率,并且对不平衡数据集有较好的鲁棒性。     

基于Profiles的Fisher判别约束字典学习算法

为了增强编码系数的判别性能,提出编码系数矩阵行向量（Profiles）的Fisher判别字典（Profiles of fisher discriminative dictionary learning,PFDDL）学习算法。首先,根据Profiles能反映原子在字典学习中的使用情况,提出一种自适应的原子类标构造方法。然后,利用Profiles与原子间的一一对应关系,设计Profiles的Fisher判别准则作为判别式项,使得同类原子对应Profiles的类内散度尽可能小,不同类原子对应Profiles的类间散度尽可能大,促使字典中的同类原子尽量表示同类训练样本,提高编码系数的判别性能。在3个人脸和1个手写字体数据库上的实验结果表明,提出的算法比其他稀疏编码和字典学习算法能取得更高的分类性能。     

Sparse Representation Based Fisher Discrimination Dictionary Learning for Image Classification

The employed dictionary plays an important role in sparse representation or sparse coding based image reconstruction and classification, while learning dictionaries from the training data has led to state-of-the-art results in image classification tasks. However, many dictionary learning models exploit only the discriminative information in either the representation coefficients or the representation residual, which limits their performance. In this paper we present a novel dictionary learning method based on the Fisher discrimination criterion. A structured dictionary, whose atoms have correspondences to the subject class labels, is learned, with which not only the representation residual can be used to distinguish different classes, but also the representation coefficients have small within-class scatter and big between-class scatter. The classification scheme associated with the proposed Fisher discrimination dictionary learning (FDDL) model is consequently presented by exploiting the discriminative information in both the representation residual and the representation coefficients. The proposed FDDL model is extensively evaluated on various image datasets, and it shows superior performance to many state-of-the-art dictionary learning methods in a variety of classification tasks.     

基于块对角化表示的多视角字典对学习

字典学习作为一种高效的特征学习技术被广泛应用于多视角分类中.现有的多视角字典学习方法大多只利用多视角数据的部分信息,且只学习一种类型的字典.实际上,多视角数据的相关性信息和多样性信息同样重要,且仅考虑一种合成型字典或解析型字典的学习算法不能同时满足处理速度、可解释性以及应用范围的要求.针对上述问题,提出了一种基于块对角...     

基于类标一致和局部特征约束的字典学习算法

为了提高字典学习算法的分类性能,提出基于原子的类标一致和局部特征约束的字典学习算法（LCLCDL）。利用原子和训练样本的类标设计判别稀疏矩阵,并构造类标一致模型作为判别式项,促使同类训练样本对应的编码系数尽可能地相似。利用原子和编码系数矩阵的行向量（Profiles）构造局部特征模型作为判别式项,使其继承训练样本的结构特征。实验结果表明LCLCDL算法比5个稀疏编码和字典学习算法可取得更高的分类性能。     

An AK-BRP dictionary learning algorithm for video frame sparse representation in compressed sensing

Sparsifying transform is an important prerequisite in compressed sensing. And it is practically significant to research the fast and efficient signal sparse representation methods. In this paper, we propose an adaptive K-BRP (AK-BRP) dictionary learning algorithm. The bilateral random projection (BRP), a method of low rank approximation, is used to update the dictionary atoms. Furthermore, in the sparse coding stage, an adaptive sparsity constraint is utilized to obtain sparse representation coefficient and helps to improve the efficiency of the dictionary update stage further. Finally, for video frame sparse representation, our adaptive dictionary learning algorithm achieves better performance than K-SVD dictionary learning algorithm in terms of computation cost. And our method produces smaller reconstruction error as well.

     

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.     

基于卷积与稀疏编码的半监督学习方法

卷积神经网络(CNN)在半监督学习中取得了良好的成绩,其在训练阶段既利用有标记样本,也利用无标记样本帮助规范化学习模型。为进一步加强半监督模型的特征学习能力,提高其在图像分类时的性能表现,本文提出一种联合深度半监督卷积神经网络和字典学习的端到端半监督学习方法,称为Semi-supervised Learning based on Sparse Coding and Convolution(SSSConv);该算法框架旨在学习到鉴别性更强的图像特征表示。SSSConv首先利用CNN提取特征,并对所提取特征进行正交投影变换,下一步通过学习其稀疏编码的低维嵌入以得到图像的特征表示,最后据此进行分类。整个模型框架可进行端到端的半监督学习训练,CNN提取特征部分和稀疏编码字典学习部分具有统一的损失函数,目标一致。本文利用共轭梯度下降算法、链式法则和反向传播等算法对目标函数的参数进行优化,将稀疏编码的相关参数约束于流形上,CNN参数既可定义在欧氏空间,也可以进一步定义在正交空间中。基于半监督分类任务的实验结果验证了所提出SSSConv框架的有效性,与现有方法相比具有较强的竞争力。     

基于群稀疏的结构化字典学习

随着稀疏表示在机器学习和图像处理领域中的广泛应用,字典学习的算法受到越来越多的关注。传统意义上训练出来的字典只是一些原子的集合,没有结构。考虑到稀疏表示信号中群结构的稀疏性,建立了基于群稀疏的结构化字典学习的数学模型,并结合凸分析和单调算子理论提出了一个结构化字典学习的有效算法。实验结果表明,该算法具有更快的收敛速度,新模型训练出来的字典能够更好地适应数据,提高表示数据的精度,进而提高图像增强的效果。     

鲁棒可预测判别字典学习人脸识别方法

提出一种可预测判别K-SVD网络模型(DKSVDN)并用于人脸识别问题。该模型构造了一种新颖的字典结构,包含类别标签字典和描述字典,以兼顾判别和重构性能。相应的稀疏编码向量由标签编码向量和描述编码向量组成。针对样本稀疏编码时间效率低的问题,利用预测神经网络与判别字典学习模型协同训练的方法来加速预测稀疏编码。此外,针对DKSVDN还特别引入一种拟梦境的训练方法用于提升模型在训练集多样性不足时的鲁棒性。通过在主流人脸数据集上的对比实验证明了该模型的优良性能。     

带边界条件约束的非相干字典学习方法及其稀疏表示

从字典的相干性边界条件出发, 提出一种基于极分解的非相干字典学习方法(Polar decomposition based incoherent dictionary learning, PDIDL), 该方法将字典以Frobenius范数逼近由矩阵极分解获取的紧框架, 同时采用最小化所有原子对的内积平方和作为约束, 以降低字典的相干性, 并保持更新前后字典结构的整体相似特性. 采用最速梯度下降法和子空间旋转实现非相干字典的学习和优化. 最后将该方法应用于合成数据与实际语音数据的稀疏表示. 实验结果表明, 本文方法学习的字典能逼近等角紧框架(Equiangular tight-frame, ETF), 实现最大化稀疏编码, 在降低字典相干性的同时具有较低的稀疏表示误差.