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.     

基于多重解析字典学习和观测矩阵优化的压缩感知

文中提出了一种基于子空间解析字典学习和观测矩阵优化的图像压缩感知算法.该算法根据图像的局部方向特征,将整个图像空间分成多个子空间,并且采用几何共轭梯度算法分别在各个子空间学习解析字典,以实现对不同子空间图像块的最优稀疏表示.在图像重构过程中,首先在所有的子空间对每个图像块分别进行估计,然后根据稀疏表示最小误差准则获得每个图像块的最优估计.为了进一步提高图像重构质量,文中通过对不同子空间的图像块进行线性判别分析获得优化观测矩阵.实验表明文中算法可以实现高质量的压缩感知图像重构.     

结合Fisher判别分析和稀疏编码的图像场景分类

视觉词典法是当前广泛使用的一种图像表示方法,针对传统视觉词典法存在的表示误差大、空间信息丢失以及判别性弱等问题,提出一种基于Fisher判别稀疏编码的图像场景分类算法.首先利用近邻视觉词汇重构局部特征点,构建局部特征点的非负稀疏局部线性编码,从而有效地利用图像的空间信息;然后在非负稀疏局部线性编码的基础上引入Fisher判别约束准则,构建基于Fisher判别约束的非负稀疏局部线性编码模型,以获得图像的判别稀疏向量表示,增强图像稀疏表示的判别性;最后结合支持向量机(SVM)分类器实现场景分类.实验结果表明,该算法提高了图像稀疏表示的特征分类能力以及分类性能,更有利于场景分类任务.     

高光谱图像分类的融合分层深度网络联合稀疏表示算法

在高光谱图像分类领域中每个像素的局部邻域一旦包含来自不同类别的样本,联合稀疏表示将受邻域内字典原子与测试样本之间同谱异类的影响,严重降低分类性能.根据高光谱图像的特点,文中提出融合分层深度网络的联合稀疏表示算法.在光谱和空间特征学习之间交替提取判别性光谱信息和空间信息,构建兼具空谱特征的学习字典,用于联合稀疏表示.在分类过程中将学习字典与测试样本间的相关系数与分类误差融合并决策.在两个高光谱遥感数据集上的实验验证文中算法的有效性.     

有监督子空间建模和稀疏表示的场景分类

提出了一种基于有监督子空间建模和稀疏表示的场景分类算法。该算法将采用非监督方式求取所有场景类别公共字典的稀疏编码模型分解为一系列各目标函数相互独立的多目标优化问题,实现了各类别字典的有监督学习。在所有类别的字典学习完毕后,再以各子空间和的基集来对每幅图像中所有局部特征进行协同编码,并借助空间金字塔表示(SPR)和特征各维最大汇总(max pooling)构成最终图像的全局特征表示。为对算法的有效性进行验证,在4个常用的场景图像库上进行了分类实验,结果表明该算法比采用非监督字典学习的方法在性能上有了显著提升。     

基于核字典学习的图像分类

航拍图像往往具有场景复杂、数据维度大的特点,对于该类图像的自动分类一直是研究的热点。针对航拍原始数据特征维度过高和数据线性不可分的问题,在字典学习和稀疏表示的基础上提出了一种结合核字典学习和线性鉴别分析的目标识别方法。首先学习核字典并通过核字典获取目标样本的稀疏表示,挖掘数据的内部结构;其次采用线性鉴别分析,加强稀疏表示的可分性;最后利用支持向量机对目标进行分类。实验结果表明,与传统基于子空间特征提取的算法和基于字典学习的算法相比,基于核字典学习与鉴别分析的算法分类性能优越。     

基于K-SVD的最大似然稀疏表示体域网动作分类算法

为有效提高体域网动作分类性能,本文提出了一种基于K-SVD的最大似然稀疏表示体域网动作分类算法. 该算法首先基于K-SVD优化学习算法,将不同动作模式训练样本按其所属类别分组优化训练,避免各类样本数据训练时相互干扰,得到不同动作模式类别所属的子字典,然后将其拼合构成一个完整字典,准确稀疏表示测试样本,最后基于最大似然稀疏模型准确估计稀疏表示系数残差,并得到测试样本所属类别. 实验结果表明,本文所提算法能够获得最优字典,基于最大似然稀疏表示可准确估计测试动作样本稀疏表示残差. 所提算法识别率明显优于传统稀疏表示动作分类算法,可有效提高体域网动作模式分类性能.     

基于Gabor特征和支持向量引导字典学习的人脸识别

稀疏编码中的字典学习在稀疏表示的图像识别中扮演着重要的作用。由于Gabor特征对表情、光照和姿态等变化具有一定的鲁棒性,提出一种基于Gabor特征和支持向量引导字典学习（GSVGDL）的稀疏表示人脸识别算法。先提取图像的Gabor特征,然后用增广Gabor特征矩阵来构造初始字典。字典学习模型中综合了重构误差项、判别项和正则化项,判别项公式化定义为所有编码向量对平方距离的加权总和;通过字典学习同时得到字典原子与类别标签相对应的结构化字典和线性分类器。该字典学习方法能够自适应地为不同的编码向量对分配不同的权值,提高了字典的判别性能。实验结果表明该方法具有很好的识别精度和较高的识别效率。     

基于改进字典学习算法的人脸识别

为了提高基于稀疏表示的人脸识别速度和对图像的噪声、遮挡、损坏的鲁棒性,提出了拓展的稀疏表示模型和D-KSVD(Discrimination K-SVD)的人脸识别算法。在原始的稀疏表示模型中添加了残差向量作为系数修正向量,使得拓展的稀疏表示模型具有更强的鲁棒性。针对字典学习中只包含表示能力没有包含类别信息的问题,在字典学习中添加了稀疏编码和分类器参数约束项,在字典学习的过程中同时更新稀疏编码和分类器参数,使字典中包含很好的表示能力和判别分类能力,用其稀疏编码系数进行人脸识别分类时能获得更好的识别性能。     

Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别

稀疏编码中字典的选择无论对图像重建还是模式分类都有重要影响,为此提出Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别算法.考虑到Gabor局部特征对光照、表情和姿态等变化的鲁棒性,首先提取图像对应不同方向、不同尺度的多个Gabor特征;然后将降维的增广Gabor特征矩阵作为初始特征字典,通过对该字典的学习得到字典原子对应类别标签的新结构化字典,新字典中特定类的子字典对相关的类具有好的表示能力,同时应用Fisher判别约束编码系数,使它们具有小的类内散度和大的类间散度;最后同时用具有判别性的重构误差和编码系数来进行模式分类.基于3个数据库的实验结果表明本文方法具有可行性和有效性.     

Fisher准则下面向判别性特征的字典学习方法及其组织病理图像分类研究

针对当前面向组织病理图像特征提取的字典学习方法中存在着学习的无病字典与有病字典相似程度高,判别性弱的问题,本文提出一种新的面向判别性特征字典学习方法（Discriminative feature-oriented dictionary learning based on Fisher criterion,FCDFDL）.该方法基于Fisher准则构造目标函数的惩罚项,最小化学习字典的类内距离与最大化学习字典的类间距离,大大降低无病字典与有病字典间的相似性.同时,优化学习字典对同类样本的重构性能,并约束学习字典对非同类样本的重构性能.然后,利用本文学习的无病与有病字典对测试样本进行稀疏表示,采用重构误差向量的统计量构造分类器.最后,分别在ADL数据集与BreaKHis数据集上验证了本文方法的有效性.实验结果表明,本文学习字典的判别性更强,获得了更优的分类性能.     

自适应超完备字典学习的SAR图像降噪

提出一种基于自适应超完备字典学习的SAR图像降噪。该算法建立在超完备字典稀疏表示基础上,具有较强的数据稀疏性和稳健的建模假设。算法依据相干斑噪声统计特性,通过分步优化字典原子和变换系数自适应构造超完备字典,利用获得的超完备字典将图像局部信息投影到高维空间中,实现图像的稀疏表示,运用正则化方法建立多目标优化模型。最后通过对优化问题的求解重建SAR图像场景分辨单元的平均强度,实现SAR图像的降噪。实验结果表明,该算法对相干斑噪声有很好的抑制效果,并且具有保持图像细节信息的优点。     

基于监督非相干字典学习的极化SAR图像舰船目标检测

提出了一种结构化非相干字典学习算法 (Structured incoherent dictionary learning, SIDL),并将该方法应用于极化SAR (Polarimetric synthetic aperture radar, PoLSAR)图像舰船目标检测. 在字典学习阶段,构建了一个新的目标函数,为了降低子字典对交叉样本的稀疏表示能力, 将子字典对交叉样本的重构能量约束及子字典互相干性约束加入到字典学习目标函数中. 通过这两个约束, 降低了子字典对交叉样本的表示能力,目标和杂波的极化特征矢量在学习获得的字典下具有良好的区分特性. 该方法不依赖于目标后向散射能量,只利用学习获得的极化字典,根据测试样本在极化字典下的稀疏表示进行目标的检测. 实验采用RADARSAT-2数据进行了验证,对比实验结果表明,本文提出的方法可以更好地抑制杂波,对弱小目标实现检测,获得了更好的检测效果.     

基于字典学习的正则化鲁棒稀疏表示肿瘤细胞图像识别

针对胃黏膜肿瘤细胞图像的高维性及复杂性的特点,为了提高稀疏表示图像识别的鲁棒性,提出了一种基于字典学习的正则化鲁棒稀疏表示（RRC）肿瘤细胞图像识别方法。该方法首先将所有的原始染色肿瘤细胞图像转化为灰度图像;然后利用具有Fisher判别约束的字典学习（FDDL）方法对肿瘤细胞图像训练样本的全局特征进行字典学习,得到具有类别标签的结构化字典;最后将具有判别性的新字典用于RRC模型进行分类识别。RRC模型是基于最大后验概率准则,将稀疏保真度表示为余项的最大后验概率函数,最终识别问题转化为求解正则化加权范数的优化逼近问题。将提出的识别方法应用于肿瘤细胞图像的最高识别率为92.4%,表明该方法能够有效地实现肿瘤细胞图像的分类。     

学习字典下自适应稀疏度估计的分解去噪算法

针对固定字典下稀疏分解在图像去噪过程中缺乏自适应稀疏度估计和回溯优化等问题,本文在K-SVD学习字典下,利用自适应稀疏度估计匹配追踪(ASMP)方法自适应估计图像的稀疏度,并对原子进行回溯优化选择。算法不仅改善了固定字典的表示性能,同时减少了图像稀疏度人为设定的盲目性又提高了算法鲁棒性。实验表明,与传统的稀疏分解去噪算法相比,学习字典下自适应稀疏度估计的分解去噪算法能获得更高的峰值信噪比。     

基于字典优化的稀疏表示的视频镜头分类

为了克服稀疏表示中冗余字典分类效果不佳的问题,提出了基于字典优化的稀疏表示算法。该算法制定了新的基于稀疏表示的分类判别规则,采用了基于冗余字典内基元类内平均欧式距离最小以及类间平均欧式距离最大的字典优化方法,形成优化字典进行特征稀疏表示。将该算法应用于视频镜头的稀疏表示特征提取与分类,实验结果表明该方法优化后的字典进行视频镜头的特征提取和分类,其识别率得到了明显的提高。     

面向跨视图行人重识别的多级判别性字典学习算法

现有的行人重识别算法主要聚焦于如何提取更有效的分类特征和如何学习更鲁棒的距离度量函数.在现实场景中,不同视图下的同一行人图像的分辨率往往不一致,且同一视图下受视角和光照变化等因素的影响存在提取的分类特征判别性弱且鲁棒性不强的问题.针对这一问题,利用不同视图的特征表示中编码系数的潜在关联,提出了一种多级判别性字典学习算法,并将其应用于跨视图行人重识别.首先,在图像水平区域和图像级别的字典学习算法中分别引入了一个特征映射矩阵,该矩阵可以描述不同视图下同一行人图像编码系数之间的内在关系,可以极大地提高编码系数的灵活性.其次,在图像块级别,结合图像的局部流形结构,在字典学习目标函数中增加了字典原子的局部几何结构约束,通过自适应学习图拉普拉斯矩阵,确保编码系数保持了与样本相似的几何结构,可以获得更具判别性的字典对.最后,文中算法在2个被广泛使用的行人重识别数据集VIPeR和CHUK01 Campus上进行验证,2个数据集在rank-1上的识别率分别为68.40%和80.14%,实验结果表明,文中算法不仅可以降低不同视图下分辨率差异明显的影响,而且大大提高了学习字典对的表示能力和鉴别能力,与其他算法相比获得了更好的行人重识别精度.     

基于原子Fisher判别准则约束字典学习算法

为了提高字典的判别性能,提出基于原子Fisher判别准则约束的字典学习算法AFDDL。首先,利用特定类字典学习算法为每个原子分配一个类标,计算同类原子和不同类原子间的散度矩阵。然后,利用类内散度矩阵和类间散度矩阵的迹的差作为判别式约束项,促使不同类原子间的差异最大化,并在最小化同类原子间差异的同时减少原子间的自相关性,使得同类原子尽可能地重构某一类样本,提高字典的判别性能。在AR、FERET和LFW三个人脸数据库和USPS手写字体数据库中进行实验,实验结果表明,在四个图像数据库中,所提算法在识别率和训练时间方面均优于类标一致的K奇异值分解（LC-KSVD）算法、局部特征和类标嵌入约束的字典学习（LCLE-DL）算法、支持矢量指导的字典学习（SVGDL）算法和Fisher判别字典学习算法;且在四个数据库中,该算法也比稀疏表示分类（SRC）和协同表示分类（CRC）取得更高的识别率。     

稀疏性正则化非负矩阵分解的在线学习方法

针对非负矩阵分解效率低的不足,提出一种基于在线学习的稀疏性非负矩阵分解的快速方法.通过对目标函数添加正则化项来控制分解后系数矩阵的稀疏性,将问题转化成稀疏表示的字典学习问题,利用在线字典学习算法求解目标函数,并对迭代过程的矩阵更新进行转换,采取块坐标下降法进行矩阵更新,提高算法收敛速度.实验结果表明,该方法在有效保持图像特征信息的同时,运行效率得到提高.     

基于非抽样小波字典和稀疏表示的图像去噪方法

图像去噪是图像处理中的关键问题之一,也是图像后续处理的基础,结合近年来兴起的稀疏表示理论,能更好地处理图像去噪问题。通过引入图像稀疏表示框架,从含噪图像自身中优化训练字典,初始字典选择构造非采样小波字典来更好地捕获图像信息,通过反复迭代学习获得高度自适应的过完备稀疏字典,重构图像时构造先验概率矩阵,结合后验概率估计与传统的正交匹配算法提出改进的图像重构算法。实验结果表明,与其他去噪方法相比,该算法具有良好的去噪能力,能较好地保持图像的边缘和细节特征,去噪后的图像更为清晰。