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⛄ 内容介绍
在计算机视觉和图像处理领域,图像重建是一项关键任务,它旨在从损坏、模糊或不完整的图像中恢复出高质量的原始图像。图像重建技术在医学成像、遥感图像、安全监控和图像增强等领域具有广泛的应用。本文将介绍几种常见的图像重建算法,包括OMP、CoSaMP、IHT、IRLS、GBP、SP和ROMP,并探讨它们在图像感知重建中的应用。
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OMP(Orthogonal Matching Pursuit) OMP是一种基于稀疏表示的图像重建算法。它利用原始图像在某个稀疏基下的表示来恢复图像。OMP通过迭代地选择最相关的基向量来逼近原始图像,从而实现图像的重建。OMP在图像压缩、图像去噪和图像恢复等方面有着广泛的应用。
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CoSaMP(Compressive Sampling Matching Pursuit) CoSaMP是一种基于压缩感知的图像重建算法。它通过利用图像的稀疏性和压缩感知理论,从少量的测量数据中恢复出高质量的图像。CoSaMP算法通过迭代地选择最相关的基向量,并利用阈值来实现图像的重建。CoSaMP在图像压缩、超分辨率重建和图像恢复等方面有着广泛的应用。
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IHT(Iterative Hard Thresholding) IHT是一种基于迭代硬阈值的图像重建算法。它通过迭代地对图像进行硬阈值处理,将小于阈值的系数置零,并更新估计的图像。IHT算法在图像去噪、图像恢复和图像超分辨率重建等方面有着广泛的应用。
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IRLS(Iteratively Reweighted Least Squares) IRLS是一种基于迭代重新加权最小二乘的图像重建算法。它通过迭代地求解加权最小二乘问题,得到稀疏系数,并恢复出原始图像。IRLS算法在图像压缩、图像去噪和图像恢复等方面有着广泛的应用。
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GBP(Generalized Basis Pursuit) GBP是一种广义基 Pursuit 图像重建算法。它通过求解广义基 Pursuit 问题,将原始图像表示为基向量的线性组合,并恢复出高质量的图像。GBP算法在图像压缩、图像去噪和图像恢复等方面有着广泛的应用。
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SP(Subspace Pursuit) SP是一种子空间追踪图像重建算法。它利用图像的稀疏性和子空间追踪理论,从少量的测量数据中恢复出高质量的图像。SP算法通过迭代地选择最相关的子空间,并利用阈值来实现图像的重建。SP在图像压缩、超分辨率重建和图像恢复等方面有着广泛的应用。
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ROMP(Regularized Orthogonal Matching Pursuit) ROMP是一种正则化正交匹配追踪图像重建算法。它通过迭代地选择最相关的基向量,并利用正则化项来实现图像的重建。ROMP算法在图像压缩、图像去噪和图像恢复等方面有着广泛的应用。
综上所述,OMP、CoSaMP、IHT、IRLS、GBP、SP和ROMP是几种常见的图像重建算法,它们在图像感知重建中发挥着重要的作用。这些算法通过迭代地选择最相关的基向量或子空间,并利用阈值或正则化项来实现图像的重建。这些算法在图像压缩、图像去噪、图像恢复和图像超分辨率重建等方面有着广泛的应用。随着计算机视觉和图像处理技术的不断发展,这些算法将进一步完善和优化,为图像重建任务提供更加精确和高效的解决方案。
⛄ 部分代码
function Demo_CS_GBP()
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
the DCT basis is selected as the sparse representation dictionary
instead of seting the whole image as a vector, I process the image in the
fashion of column-by-column, so as to reduce the complexity.
Author: Chengfu Huo, roy@mail.ustc.edu.cn, http://home.ustc.edu.cn/~roy
The key code of GBP is provided by P. Huggins
Reference: P. Huggins and S. Zucker, “Greedy Basis Pursuit,” 2006.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
read in the image --------------
img=imread('lena.bmp'); % testing image
img=double(img);
size(img); =
form the measurement matrix and base matrix ---------------
Phi=randn(floor(height/3),width); % only keep one third of the original data
Phi = Phi./repmat(sqrt(sum(Phi.^2,1)),[floor(height/3),1]); % normalize each column
mat_dct_1d=zeros(256,256); % building the DCT basis (corresponding to each column)
for k=0:1:255
dct_1d=cos([0:1:255]'*k*pi/256);
if k>0
dct_1d=dct_1d-mean(dct_1d);
end;
,k+1)=dct_1d/norm(dct_1d); :
end
projection ---------
img_cs_1d=Phi*img; % treat each column as a independent signal
recover using omp ------------
sparse_rec_1d=[];
Theta_1d=Phi*mat_dct_1d;
for i=1:width
column_rec=cs_gbp(img_cs_1d(:,i),Theta_1d,height);
sparse_rec_1d=[sparse_rec_1d,column_rec']; % sparse representation
end
img_rec_1d=[mat_dct_1d,-mat_dct_1d]*sparse_rec_1d; % inverse transform
show the results --------------------
figure(1)
image')
mat')
dct mat')
psnr = 20*log10(255/sqrt(mean((img(:)-img_rec_1d(:)).^2)))
rec img ',num2str(psnr),'dB'))
disp('over')
%************************************************************************%
function hat_x=cs_gbp(y,T_Mat,m)
y=T_Mat*x, T_Mat is n-by-m
y - measurements
T_Mat - combination of random matrix and sparse representation basis
m - size of the original signal
the sparsity is length(y)/4
cnt=length(y);
x=y'; % x is row vector
D=[T_Mat,-T_Mat]'; % each row of D is a atom
OPT_VERBOSE_ON = 0; % commentary level
epsilon = 1.0e-6; % error tolerance
d] = size(D); % problem size
pinv_epsilon = 1.0e-12; %% epsilon for PINV_ITER
exit_flag = 0; % default exit_flag
% Compute the initial atom
⛄ 运行结果
⛄ 参考文献
[1] 庄雨欣,何敏,孙海滨,等.基于压缩感知的EMT探伤和图像重建[J].传感技术学报, 2021, 034(005):650-656.
[2] 简献忠,张雨墨,王如志.基于生成对抗网络的压缩感知图像重构方法[J].包装工程, 2020, 41(11):7.DOI:CNKI:SUN:BZGC.0.2020-11-036.
[3] 杨良龙.压缩感知中信号重建算法和确定性测量矩阵研究[D].南京邮电大学[2023-09-13].DOI:CNKI:CDMD:2.1013.167920.
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2.图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知
3 路径规划方面
旅行商问题(TSP)、车辆路径问题(VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等)、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、车辆协同无人机路径规划、天线线性阵列分布优化、车间布局优化
4 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化
5 无线传感器定位及布局方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化
6 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化
7 电力系统方面
微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置
8 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长
9 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合