基于压缩感知的核磁共振图像重建的Bregman方法

由于一些器官的边界信息在大多数核磁共振图像中都是稀疏的,所以利用压缩感知从数量非常有限的观测数据集合中重构同样的核磁共振图像并且大大减少核磁共振图像的扫描磨损成为可能。然而,为了能够做到这一点,我们必须要解决定义在大量数据集合上的非光滑函数的最小化这一困难问题。为了解决这一问题,我们给出了一个有效算法,它克服以往求解l1问题的计算复杂性,提出β范数近似逼近l1范数的思想,由于β范数具有光滑性,可采用Bregman迭代正则化方法进行求解。数值实验证明,核磁共振图像可以从全部数据的40%抽样中几乎精确重构。     

字典学习的K-SVD算法分析

分析了字典学习的K-SVD算法,通过引入K-Means计算方法,将K-Means方法推广到用于字典学习的K-SVD计算方法中;分析和描述了K-SVD计算过程,指出了K-SVD方法与K-Means方法之间的关系,最后观察图像数据训练用于稀疏表示的字典.     

基于K-SVD 字典学习的岩心图像压缩感知重构

针对传统方法进行岩心图像压缩感知重构时,在低码率下容易产生细节丢失的问题,提出一种基于 K-SVD( K-Singular Value Decomposition) 超完备字典学习的压缩感知重构算法。首先根据分块压缩感知理论,将 岩心图像分块,采用高斯随机矩阵对相应层级的图像块进行观测,得到对应的观测值块,然后用MMSE ( Minimum Mean Squareerror Estimation) 方法获得初始解的估计并利用提示小波进行滤波,通过全局阈值的思想 得到自适应阈值,最后利用K-SVD 字典结合Landweber 迭代实现压缩与重构。实验结果表明,与传统方法相 比,在相同的采样率下获得的重构图像能较好地保留岩心图像的纹理信息,重构岩心图像的PSNR( Peak Signal to Noise Ratio) 值提高约0． 1 ～ 0． 8 dB。     

基于Sparse K-SVD学习字典的语音增强方法

提出一种基于Sparse K-SVD学习字典的语音增强方法,采用Sparse K-SVD算法自适应地训练一个可稀疏表示的冗余字典,在该冗余字典上采用正交匹配追踪(OMP)算法对带噪语音信号进行稀疏分解,利用稀疏系数矩阵重构纯净语音,实现语音增强.使用NOIZEUS语音库进行了一系列的语音增强实验,主客观评测数据表明,基于稀疏表示的语音增强方法(分别使用Sparse K-SVD和K-SVD训练字典)相对于传统语音增强方法(小阈值波法、谱减法、改进谱减法)可进一步改善语音质量;对字典训练时间进行统计,发现Sparse K-SVD算法训练字典消耗的时间为K-SVD算法训练时间的1/6~1/10,大幅度提高了计算效率.     

基于双字典自适应学习算法的低采样率CT重建

在医疗诊断中,稀疏采样能减少CT扫描过程中辐射对患者的伤害.但直接对稀疏采样后的投影数据进行重建,会使CT重建后的图像出现失真、伪影等问题.为保证低采样率下重建图像的质量,提出了双字典自适应学习算法,参照Sparse-Land模型的双字典学习框架,将K-SVD算法与双字典学习算法框架相结合得到补全投影数据,利用FBP算法进行重建得到高质量的重建图像.实验结果表明,在低采样率下使用所提方法进行CT重建的图像质量优于COMP双字典学习算法和MOD双字典学习算法,并且此方法有效提高了CT图像重建在低采样率时的性能.     

基于字典学习的低剂量X-ray CT图像去噪

介绍了一种基于字典学习的去噪方法,并将其应用于降低低剂量CT图像噪声水平的研究.针对体模图像和病人图像,分别选择低剂量CT图像和正常剂量CT图像作为训练样本,采用K-SVD算法,通过迭代学习构建图像字典;然后,结合正交匹配跟踪算法,实现图像稀疏表示,稀疏成分对应于图像的有用信息,其他成分对应于图像噪声;最后,依据图像的稀疏成分重建图像,达到去除噪声的目的.实验结果表明:字典的大小、稀疏表示的约束条件等参数会显著影响所提算法的去噪结果;相比低剂量CT图像,将正常剂量CT图像作为训练样本可以得到更好的去噪结果;在相同的噪声水平下,所提算法与传统图像去噪算法相比可以更好地去除图像噪声,且保留了图像的细节信息.     

一种改进的基于K-SVD字典的图像修复算法

提出一种改进的基于K-SVD字典的图像修复算法.该算法基于稀疏表示,利用待修复图像内的有效信息,以不重叠像素的方式提取图像块,采用模糊C均值聚类算法对图像块进行聚类,并使用K-SVD算法分别对各类图像块进行训练,得到与各类图像块相适应的字典,重建图像块,修复受损图像.实验结果表明,该算法能提高图像的修复质量和图像的峰值性噪比,且均方根误差较小.     

基于低分辨率图像自举和双重稀疏性字典训练的单幅图像超分辨率重构

该文结合Zeyde等人提出的低分辨率图像自举算法和双重稀疏性字典的训练方法,提出了一种新的单幅图像超分辨率重构方法。该方法在训练字典的过程中,首先对低分辨率训练样本图像采用自举算法进行超分辨率重构,然后将自举重构输出图像与低分辨率、高分辨率训练样本图像求差,并将两幅差值图像的小波分解系数作为样本数据源,训练具有双重稀疏性的字典对。文中详细讨论了结合低分辨率图像自举和双重稀疏性字典训练的单幅图像超分辨率重构算法框架,并通过实验比较证明,该文方法较其他方法具有更好的超分辨率重构效果。     

联合局部和全局稀疏表示的磁共振图像重建方法

针对在压缩传感中独立使用全局或局部稀疏字典所分别导致的图像细节或整体图像结构信息的丢失,提出了一种联合利用局部和全局稀疏约束来捕捉磁共振图像细节和整体结构信息的磁共振图像重建算法。该算法首先从特定的磁共振图像中训练出稀疏字典,然后利用该字典进行局部稀疏编码。其次,利用预定义的全局字典来加强磁共振图像的全局稀疏性。最后,在局部和全局稀疏的共同约束下,利用非线性共轭梯度算法来对重建模型进行求解。整个重建过程可以重复迭代以逐步改善重建质量。实验结果表明:当下采样因子达到10时,相比于字典学习算法(dictionary learning MRI,DLMRI),提出的算法在重建质量上可以提高1-6dB。     

不动点方法及其在压缩感知核磁共振成像中的应用

由于一些器官的边界信息在大多数核磁共振图像中都是稀疏的,所以利用压缩感知从数量非常有限的观测数据集合中重构出同样的核磁共振图像并且大大减少核磁共振图像的扫描磨损成为可能。然而,为了能够做到这一点,我们必须要解决定义在大量数据集合上的非光滑函数的最小化这一困难问题。为了解决这一问题,我们应用了在BB-step和线性搜索下的不动点算法,来快速重构核磁共振图像。数值实验证明,核磁共振图像可以由不动点算法从全部数据的40%-50%抽样中几乎精确重构。     

基于学习的人脸图像超分辨率重构算法

提出了一种新的基于学习的人脸图像超分辨率重构算法,利用高分辨率图像和低分辨率图像的拓扑结构相似性,将现有的低分辨率人脸图像在低分辨率人脸图像字典中展开,在保持系数不变的同时将字典换为高分辨率人脸图像字典,最终得到待重构的高分辨率人脸图像.在系数估计时,使用主成分分析的方法,同时加入了最小全变分作为约束,算法充分利用了不同人脸图像之间的相似性和人脸图像本身的内部相关性.实验结果表明,结果既保持了对原有图像的忠实性,又比较适合人眼观察.     

基于字典学习的大气湍流退化图像复原技术应用

为了消除大气湍流对图像的影响, 提高图像质量, 结合稀疏表示理论, 采用字典学习的算法处理大气湍流退化图像。将DCT 过完备字典、K-svd 全局字典和自适应字典的算法应用于图像去噪过程, 并与维纳滤波算法进行比较。结果表明, 该算法能较好地滤除大气湍流退化图像的噪声, 提高图像的峰值信噪比。仿真实验验证了稀疏表示在处理大气湍流退化图像的可行性, 对比传统算法具有更好的去噪性能。     

基于非局部相似性和分类半耦合字典学习的超分辨率重建

为了提升单幅彩色图像的超分辨率重建质量,提出了一种改进的基于学习的超分辨率方法.针对半耦合字典学习超分辨率算法训练精度不高的缺陷,采用稀疏域分类与半耦合字典学习交替进行的启发式策略.在训练阶段引入稀疏域非局部相似性约束项,使用改进了的非局部约束l1范数优化问题求解算法,训练得到多组高、低分辨率字典和映射矩阵.在重建阶段利用分类稀疏表示、非局部相似性并结合残差补偿进一步提高重建精度.实验结果表明,该方法在主观和客观评价标准下均取得了较好的重建效果,显著提升了超分辨率重建质量.     

基于学习的彩色人脸图像超分辨率重构研究

提出了一种基于四元数模型的彩色人脸图像超分辨率重构算法.该算法利用主成分分析的主要思想,同时结合插值算法的理论,前期进行整体约束,后期进行分块处理,对人脸图像进行超分辨率重构.同时使用奇异值分解去除彩色图像中的噪声,针对主成分分析算法不太忠实于原图像的弱点进行改进;使用四元数表示彩色图像,将R,G,B三个分量同时进行处理.分析结果表明,该算法既利用了彩色分量的相关性,又提高了运算效率.     

基于小波阈值和字典学习的合成孔径雷达图像压缩

在小波域对合成孔径雷达(SAR)图像进行双重稀疏处理的基础上,提出一种基于小波阈值和字典学习的SAR图像压缩方法.利用SAR图像的统计分布特性,结合空间树结构对小波域的小波系数进行阈值化处理,利用递归最小二乘字典学习算法(RLS-DLA)将小波系数表示为字典稀疏,以在增大字典稀疏度的同时抑制斑噪声,并提高图像的重构效果.结果表明:在低比特率条件下,所提出方法比经典压缩方法的精度更高.     

基于图像熵分块的压缩感知字典学习算法

针对传统字典学习算法预处理阶段未考虑图像内外部特征的问题,提出一种基于灰度梯度矩阵的图像熵字典学习算法.该算法通过灰度梯度矩阵计算图像块熵值,并对各图像块进行分类,每类数据组合成训练数据集,再利用基于系数矩阵的奇异值分解算法更新各类子字典.对测试图像的稀疏表示系数进行重建实验,仿真结果表明,该算法可高效训练出自适应稀疏字典,显著提高图像重建精度.      

基于改进K-SVD的磁共振图像去噪算法

 磁共振图像的降噪处理一直是医学图像处理中重要的研究领域。图像中存在噪声会降低图像质量从而影响临床诊断。现有K-SVD 算法虽然能达到良好的去噪效果,但却在字典训练中消耗大量时间。本文针对时间消耗问题,提出利用改进的KSVD算法进行医学图像去噪。首先根据已知的字典原子的可稀疏性,提出一种高效、灵活的稀疏字典结构,该字典能够提供高效的前向和伴随算子,并具有紧凑的表示形式,同时可以有效地训练图像信号;然后在现有K-SVD 算法的基本框架下,结合字典的稀疏表示特点使用改进K-SVD 算法训练稀疏字典,改进的K-SVD 算法能够对更大的字典进行训练,特别是对高维数据的处理更具有优势。实验结果表明,该算法相对基于离散余弦变换字典的磁共振图像去噪以及基于传统K-SVD 算法的磁共振图像去噪,不仅能够更加有效地滤除图像中的高斯白噪声,更好地保留原图像的细节信息,而且有效降低了字典训练所消耗的时间;在相同的噪声标准差下,改进K-SVD 算法的峰值信噪比提高了约1~3 dB。