稀疏低秩子空间聚类算法

子空间聚类算法的主要目标是从高维数据中找到其低维表示。在低秩表示子空间算法的基础上,针对采用数据本身作为字典会造成噪声过大的问题,提出稀疏低秩子空间聚类算法,采用稀疏表示优化字典,解决了数据自带噪声难以去除导致最终结果偏离过大的现象。实验结果表明,该算法相比于稀疏子空间算法和低秩表示算法效果有显著的提高。     

基于聚类与稀疏字典学习的近似消息传递

基于传统字典学习的近似消息传递(approximate message passing, AMP)算法对训练样本数量的需求较高,且运算成本较高。本文引入双稀疏模型,构建基于稀疏字典学习的AMP框架,降低迭代过程中字典学习对训练样本数量的需求,提高压缩感知图像重建的质量与效率。进一步,提出基于聚类与稀疏字典学习的AMP算法,在迭代过程中依据图像块特征进行分类,并为各类图像块分别学习稀疏字典,实现自适应去噪。与基于传统字典学习的AMP算法相比,基于聚类与稀疏字典学习的AMP算法能够将重建图像的峰值信噪比提高0.20～1.75 dB,并且能够将运算效率平均提高89%。     

基于多字典和稀疏噪声编码的图像超分辨率重建

稀疏表示模型是通过将字典中的原子进行组合得到期望的结果.为了解决传统字典学习中所有图像块重建均使用同一个字典,从而忽略了最佳稀疏域的问题,提出来一种基于多字典和稀疏噪声编码的图像超分辨率重建算法.在字典训练时,利用图像的特征将它们合理地划分成若干个簇,每个聚类训练生成子字典对,利用最佳字典对进行重建.在求解稀疏系数阶段,引入稀疏编码噪声去除噪声的影响,利用图像非局部自相似性来获得原始图像稀疏编码系数的良好估计,然后将观测图像的稀疏编码系数集中到这些估计当中.实验表明,与ASDS算法和SSIM算法相比较,该算法有更好的重建结果,获得了更丰富的图像细节和更清晰的边缘.     

低秩表示和字典学习的红外与可见光图像融合算法

针对目前红外与可见光融合算法在保留可见光图像中的背景信息时无法同时有效地提取红外图像信息,提出了一种基于低秩表示和字典学习的红外与可见光的图像融合算法.首先,采用低秩表示对红外图像和可见光图像进行分解,分别获得源图像的低秩和稀疏成分,其中稀疏成分可以很好地表示源图像的边缘细节特征.其次,用OMP算法的字典学习方法和稀疏系数的最大范数规则,而最大范数规则在对图像背景恢复的同时能够提取目标信息.再次,对分解得到的2个分量进行融合.最后,利用融合稀疏系数和自适应字典重建融合图像.实验结果表明,本融合算法可以突出红外对象信息,同时能够保留可见光图像中的背景信息,达到良好的视觉效果.     

隐式低秩表示联合稀疏表示的人脸识别方法

针对人脸识别中存在的遮挡、阴影、反光等不同程度的数据破坏以及训练样本不充足导致识别率低的问题,提出一种基于隐式低秩表示联合稀疏表示(LatLRR_SRC,Latent Low-Rank Representation Sparse Representation Classification)的人脸识别方法.该方法首先采用隐式低秩表示(LatLRR,Latent Low-Rank Representation)算法将训练样本矩阵分解为两个低秩逼近矩阵和一个稀疏误差矩阵.然后将低秩逼近矩阵和稀疏误差矩阵联合构成完备字典,并用K-SVD算法对字典进行学习,得到测试样本在学习后字典下的稀疏表示.最后对测试样本利用上述隐式低秩表示分解的三部分的稀疏逼近计算残差,完成测试样本的分类识别.在Extend YaleB和CMU PIE人脸数据上的实验结果表明,基于LatLRR_SRC的人脸识别方法具有较高的识别率和稳定性.     

基于低秩约束和字典学习的图像超分辨率重建

基于学习的超分辨率重建算法通过对图像的整体信息学习进行重建,没有对图像的内部结构信息特征进行分解考虑.基于图像的低秩稀疏分解理论,本文提出一种新的图像超分辨率重建算法.在研究图像矩阵的低秩部分与稀疏部分信息特征的基础上,结合图像自身蕴含的先验信息,本文分两步对图像恢复重建.首先,将图像的非局部自相似性先验信息引入图像的基本重建模型.在该模型下利用相似图像块矩阵的天然低秩性约束得到初始估计高分辨率图像.第二步,提出一种改进的字典学习算法恢复出初始估计高分辨率图像中缺失的高频成份信息,获得最终的高分辨率图像.为了使高频成份得到更好的恢复,在字典学习样本集的构建阶段应用了一种基于低秩稀疏分解理论的样本集构建方法.实验分析表明,本文提出的算法与现有主流算法相比,在主观视觉效果和客观性能分析上都能显示出更好的优越性.     

基于鲁棒主成分分析的低频水声信号降噪方法

由于海洋环境噪声的复杂性,接收到的信号往往具有较低的信噪比,导致水声信号处理难度大等问题.针对此问题,采用基于鲁棒主成分分析的降噪方法,建立将含噪信号表示为低秩、稀疏和噪声的分解模型,研究了对低频水声信号的降噪问题.首先通过Godec算法将含噪信号表示为低秩、稀疏和噪声3部分,然后运用非负矩阵分解算法对低秩部分进行分解,得到噪声字典,最后根据得到的噪声字典从含噪信号中提取出初始水声信号.通过对不同海况下即不同信噪比的仿真信号进行降噪处理,结果表明该方法在水声信噪分离中具有较好的降噪效果.     

分布式低秩张量子空间聚类算法

现有基于低秩表示的子空间聚类算法(LRR)无法有效地处理大规模数据,聚类正确率不高,以及分布式低秩子空间聚类算法(DFC-LRR)不能直接处理高维数据.为此,文中提出了一种基于张量和分布式方法的子空间聚类算法.该算法首先将高维数据视为张量,在数据的自表示中引入张量乘法,从而将LRR子空间聚类算法拓展到高维数据;然后采用分布式并行计算得到低秩表示的系数张量,并对系数张量的每个侧面切片稀疏化,得到稀疏相似度矩阵.在公开数据集Extended YaleB、COIL20和UCSD上与DFC-LRR的对比实验结果表明,文中算法能有效地提高聚类正确率,且分布式计算能明显降低算法的运行时间.     

基于稀疏编码的提取人脸整体特征算法

为了提高特征的分类效果 ,提出了一种新的基于稀疏编码的人脸特征提取方法。稀疏编码是去除图像冗余的一种有效方法 ,适于描述具有 non- Gaussian分布的图像集合。和基于主成分分析 (PCA )的传统方法相比 ,利用稀疏编码提取的特征具有更好的分类特性。根据稀疏编码的聚类特性 ,利用模糊 C均值聚类对稀疏编码基函数进行初始化以进一步提高特征的可分性。人脸识别的试验结果表明 ,该方法明显优于传统的“特征脸”方法 ,是一种有效的图像整体特征提取方法     

基于自适应目标图像恢复的红外弱小目标检测

提出一种自适应参数目标图像恢复算法,实现对红外小目标的检测.首先,提取红外图像的稀疏特征,同时计算图像的复杂度,并设计一种融合机制生成自适应加权参数;然后,将原始图像重组为具有低秩稀疏特性的运算矩阵,采用上述的自适应参数非精确拉格朗日乘子法求解鲁棒主成分分析(RPCA)最优化问题还原出低秩矩阵(背景图像)和稀疏矩阵(目标图像);最后,对目标图像进行阈值分割并标定目标.实验结果显示:该算法能有效检测出小目标,同时具有较低的误检率.     

基于低秩稀疏表示的子空间学习研究综述

以基于低秩稀疏表示的子空间学习为研究对象,对近几年的相关研究工作进行了归纳总结.首先,阐述了子空间学习及低秩稀疏表示的概念;然后,根据迭代更新的方法,将基于低秩稀疏表示的子空间学习分为基于矩阵分解的子空间学习和基于谱聚类的子空间学习两大类;其次,对它们各自算法的核心思想进行了详细介绍,并对这些算法的优缺点进行了对比分析...     

基于稀疏自编码的故障数据聚类清洗方法

针对电网中录波型故障指示器上传的海量故障数据存在着大量的重复、干扰、错误及无效波形,提出一种基于稀疏自编码(sparse auto-encoder,SAE)的故障数据聚类清洗方法,该方法首先利用稀疏自编码对故障数据进行特征学习与降维,继而用主成分分析(principal component analysis,PCA)对降维后数据再次进行降维提取,实现对不同故障数据的特征获取;最后利用基于密度峰快速搜寻聚类算法(clustering by fast search and find of density peaks,CFSFDP)对故障特征进行聚类,实现对重复、干扰、错误等故障数据的聚类清洗和真实故障数据推送.提出的海量故障数据聚类清洗方法,达到了对不同类型故障数据进行清洗去冗的效果,为故障告警智能推送提供了技术支撑,提高了运维人员获取准确故障信息的效率.     

基于隐空间的低秩稀疏子空间聚类

提出了一种基于隐空间的低秩稀疏子空间聚类算法,在聚类的过程中可以对高维数据进行降维,同时在低维空间中利用稀疏表示和低秩表示对数据进行聚类,大大降低了算法的时间复杂度.在运动分割和人脸聚类问题上的实验证明了算法的有效性.     

稀疏低秩协同正则优化及航空轴承故障诊断

航空发动机振动测点少,主轴轴承微弱的故障特征信息被多源非高斯噪声干扰所淹没,难以有效诊断。针对该问题,首先分析了整机振动信号源成分的表征机制,揭示了故障特征信号在特定二维变换空间的低秩先验以及谐波干扰信号在频域的稀疏先验,进而分别构建了特征信息的空域低秩正则函数和谐波干扰信号的谱域稀疏正则函数,通过协同空域和谱域的两类正则函数,提出了稀疏低秩协同正则优化算法。所提算法基于故障信号和干扰信号在不同变换空间的结构差异性,将两类信号分别在两个完全不耦合的空间进行表示和正则,解决了目前稀疏分解算法难以构造高度不耦合字典的瓶颈问题。仿真分析表明,所提算法可实现冲击特征、谐波干扰信号和高斯噪声这3种成分的解耦,从而可靠提取轴承微弱的冲击故障模式。两组航空轴承实验表明,所提算法不仅可实现运行转速为1 800 r/min、剥落面积为1.0 mm²的航空轴承故障诊断,并且可有效识别加速疲劳寿命实验中轴承故障萌生初期的特征信息。     

基于低秩-稀疏分解的滚动轴承故障特征提取

针对旋转机械早期故障特征微弱且易受背景噪声影响而难以提取的问题,提出一种基于低秩-稀疏分解的轴承信号瞬态特征提取方法。研究了周期性瞬态信号的稀疏时频表示,建立了低秩-稀疏模型并从背景噪声中提取瞬态冲击信号。首先,通过高阶同步压缩变换(high-order synchrosqueezing transform, FSSTH)将测量信号变换到一个新的稀疏子空间;然后,使用鲁棒主成分分析算法(robust principal component analysis, RPCA)将稀疏时频矩阵分解为低秩部分和稀疏部分;最后,对低秩矩阵施加逆高阶同步压缩变换恢复得到瞬态冲击信号,并通过包络谱分析实现故障诊断。该方法由数据驱动实现,不需要任何先验信息。仿真信号和实际信号分析结果表明,所提方法可有效增强振动信号中故障引起的周期性瞬态冲击特征,能够实现强噪声背景下滚动轴承微弱故障特征提取。     

工业网络流量异常检测的概率主成分分析法

针对主成分分析(PCA)法用于工业测控网络流量异常检测时存在的误报率高的问题,提出了一种基于概率主成分分析(PPCA)的检测算法.首先通过分析误报成因,建立了工业测控网络流量矩阵的PPCA模型,然后使用迭代变分贝叶斯算法辨识该模型的参数,再利用模型参数估计值求解流量矩阵的秩的分布函数并得到秩的极大似然估计值,最后以秩的跃变状况为判据进行异常流量检测.模拟攻击实验表明,该方法使漏报率平均下降了32%,从而有效降低了PCA方法的误报率.     

融合低秩和稀疏表示的图像超分辨率重建算法

针对现有图像超分辨率重建算法收敛速度慢、易受噪声影响的问题,结合低秩矩阵恢复与稀疏重建理论,提出了一种新的单幅图像超分辨率重建算法。对于待重建的退化图像,首先进行低秩恢复,得到含有原始图像大部分信息的低秩部分和主要由噪声组成的稀疏部分,然后对低秩部分利用学习的高低分辨率字典对进行稀疏重建。实验结果表明:本文算法对噪声鲁棒,运行速度快,图像视觉效果更佳;相比基于稀疏表示的统计预测模型(SPBSR),本文算法的峰值信噪比指标平均提高了4dB。     

基于鲁棒主成分分析的SAR舰船检测

针对单极化SAR舰船目标恒虚警检测无标准杂波模型可选,且多目标情况下易发生目标检测不完整和弱目标丢失的问题,该文提出一种基于鲁棒主成分分析(robust principle component analysis,RPCA)的舰船检测方法,通过利用SAR图像中内在的海面低秩属性和舰船目标的稀疏属性,借助推导的增量Lagrange乘子算法,将SAR图像分解为低秩图像、噪声图像(两者之和对应海面)和稀疏图像(对应舰船)的和,从而一次性实现目标检测和杂波抑制,不依赖任何杂波模型和检测统计量。仿真实验验证了增量Lagrange乘子算法的有效性。实测数据处理实验中与平均单元恒虚警检测法和均方误差恒虚警检测法进行了对比,结果表明该方法可以正确从海杂波中检测出舰船目标,具有良好的鲁棒性。     

基于低秩稀疏约束的自权重多视角子空间聚类

多视角子空间聚类是一种利用视角之间的互补信息,找到视角间统一的表示并发现潜在分组结构的方法,近年来已成为机器学习的研究热点.提出一种基于低秩稀疏约束的自权重子空间聚类算法.具体的,低秩稀疏约束能发现数据的全局和局部结构信息,使自表示矩阵呈现稀疏性和低秩的特点;而自权重方法利用视角表示矩阵与共享相似度矩阵之间距离的反比为每个视角分配合理的权重,同时学习到一个视角之间共享的相似度矩阵,降低受损视角对于共享相似度矩阵的影响.以上提到的两种方法组成一个统一的优化框架,再使用增广拉格朗日乘子交换方向最小化方法(ALMADM)对提出的聚类算法进行优化.在基准数据集中的实验结果证明该算法比其他算法更有效.     

基于正弦图分区修复的稀疏角度CT重建算法

针对稀疏投影CT重建图像中的条形伪影问题,提出一种稀疏表示与低秩矩阵填充相结合的正弦图分区修复方法.首先,将正弦图子块依据灰度熵大小分为两类;然后,采用字典学习算法修复边界区域的正弦图子块,为了保留正弦图的内部结构,设计一种联合修复模型用于内部子块的修复,将正弦图的低秩特性融入稀疏表示模型中,以便引入非局部信息;最后,组成完整的正弦图并经滤波反投影(FBP)重建获得最终图像.实验结果表明,与经典算法相比,该算法在投影域与图像域皆有较优表现,能够较好地修复正弦图的结构,明显改善稀疏重建图像中的条形伪影及结构模糊问题.