压缩感知理论及OMP算法
压缩感知重构算法

4.2.1 高斯白噪声影响
高斯白噪声均值为0,方差为0.01
图A 受高斯白噪声影响OMP算法重构
图B 受高斯白噪声影响信号CoSAMP算法重构
4.2.2 椒盐噪声影响
椒盐噪声噪声密度为0.05
图A 受椒盐噪声影响信号OMP算法重构
图B 受椒盐噪声影响信号IRLS算法重构
4.2.3 受噪声影响结果比较
4
2
0
SAMP
-2 -4
-6
0
50
100
150
200
250
300
2.7.2 各算法仿真实验分析
重构算法时间都较短,误差也都较小
2.7.2 各算法性能分析
随着稀疏度K的增加,到达一定的临界值以后,信号重构的概率逐步降低
3.1 改进算法
基于变步长的正则化回溯自适应追踪算法 2018年,王欣等人针对压缩感知重构过程中稀疏度 未知以及步长大小固定的情况,基于SAMP 算法 存在的而不足,提出一种基于变步长的正则化回
每次迭代时选择多列
2.4 压缩采样匹配追踪CoSaMP
每次迭代选择多个原子, 选择的原子在下次迭代中可能会被抛弃
2.5 压缩采样匹配追踪SP
后向追踪的方式,在每次迭代中将找出的错 误的原子剔出,再把新找的原子放入支撑集 中,最后进行逼近
2.6 压缩采样匹配追踪SAMP
稀疏度自适应匹配追踪算法(SAMP)解决了需己知稀疏度才能准确重 构信号的要求。该算法沿用SP算法的回溯思想,加入步长和分阶段选 择的思想,通过迭代次数的增加,支撑集增加,从而达到每次选择更 多的原子,更快的重构信号。但是,如何选择初始步长及固定步长对 该算法有一定影响。
3.3 迭代硬阈值算法IHT
正交匹配追踪算法omp原理

正交匹配追踪算法omp原理
正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit,简称OMP)是一种用于稀疏重构的迭代算法,主要用于解决压缩感知问题。
其原理如下:
1. 稀疏表示假设:假设信号可以通过少量的原子(基底)的线性组合来表示,即稀疏表示。
2. 初始状态:设置初始残差为输入信号,初始解集为空集。
3. 原子选择:在目前残差中选择一个最适合代表残差的原子(基底)。
4. 矩阵变换:将原子调整为正交的形式,即正交化。
5. 正交投影:计算残差与正交基底的投影,得到投影系数。
6. 更新残差:使用投影系数更新残差。
7. 判断结束:如果残差的能量减少到一定程度,则认为重构已经足够准确,结束算法;否则,返回第3步进行下一个迭代。
8. 输出结果:返回最终的解集,其中每个元素对应一个原子。
OMP算法没有要求输入信号满足特定的分布条件,因此适用
于多种应用场景。
算法通过选择最适合的原子来逐步逼近信号,并且通过迭代追踪算法的方式,能够保证逐步收敛到最优解。
该算法的时间复杂度较低,且能在较短的时间内达到令人满意的重构质量。
无线通信信道估计的正交匹配追踪

无线通信信道估计的正交匹配追踪无线通信信道估计的正交匹配追踪无线通信信道估计的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit for Wireless Channel Estimation)无线通信是现代社会中不可或缺的一部分,为人们的生活带来了极大的便利。
然而,无线信道的不稳定性和多路径传播等问题给通信质量带来了挑战。
为了解决这些问题,信道估计技术变得至关重要。
其中,正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,简称OMP)作为一种有效的信道估计算法,备受研究者关注。
正交匹配追踪是一种基于压缩感知理论的信道估计方法,通过利用信道的稀疏性,从少量测量中恢复出信道信息。
该方法可以在保证一定准确度的前提下,大大减少了信道估计所需的资源消耗。
在正交匹配追踪算法中,首先需要构建一个字典矩阵,该矩阵由基向量组成,基向量是通过无线通信信道的特性进行构造的。
然后,通过一系列迭代过程,根据测量信号与字典矩阵的内积,选择与测量信号最匹配的基向量。
通过迭代过程,不断更新估计信道,直到满足一定的收敛准则。
正交匹配追踪算法相比于传统的LS(Least Square)方法具有更好的性能。
首先,正交匹配追踪算法可以减少测量的次数,从而降低了信道估计的时间复杂度。
其次,正交匹配追踪算法能够在信号较弱的情况下,依然保持较高的估计准确度。
再次,正交匹配追踪算法对于信道的稀疏性有很好的适应性,能够更好地应对多路径传播等问题。
然而,正交匹配追踪算法也存在一些问题。
首先,构建字典矩阵需要大量的计算资源,尤其是在大规模MIMO系统中。
其次,正交匹配追踪算法对于信道稀疏性的假设在实际情况中不一定成立,这可能会导致估计结果的偏差。
最后,正交匹配追踪算法对于噪声的敏感度较高,当信噪比较低时,估计结果可能会出现较大的误差。
综上所述,正交匹配追踪作为一种有效的信道估计算法,在无线通信领域具有广泛的应用前景。
基于压缩感知的信号重构算法研究共3篇

基于压缩感知的信号重构算法研究共3篇基于压缩感知的信号重构算法研究1基于压缩感知的信号重构算法研究随着信息技术的发展以及现代通信系统的广泛应用,人们对于信号重构算法的研究也越来越深入。
其中,基于压缩感知的信号重构算法受到了广泛关注。
本文将从以下四个方面来探讨该算法的研究。
一、压缩感知的基本原理压缩感知的核心思想是将一个高维信号(如图像、音频等)映射到一个较低维的空间中,然后再通过一个线性投影方式将数据压缩。
利用测量矩阵可以将压缩后的数据重构到原来的高维空间中,并且能够利用未知信号的稀疏性完成恢复过程。
这种低维的表示方式可以使数据占用的空间大大减小,因此压缩感知成为了高效的信号采样方式。
二、常见的压缩感知算法常见的压缩感知算法包括OMP算法、CoSaMP算法、MPCP算法等。
其中OMP算法是一种迭代算法,用于寻找稀疏表示向量。
CoSaMP算法考虑到了噪声的影响,能够更准确地进行稀疏重构。
MPCP算法则是多向量压缩感知的拓展,用于处理多个信号的联合稀疏性问题。
三、压缩感知在图像压缩方面的应用基于压缩感知的信号重构算法在图像压缩方面的应用也是较为广泛的。
传统的JPEG和PNG等图像压缩算法虽然能够将图像进行压缩,但是重构后的图像质量较差,并且对于稀疏性较强的图像处理能力有限。
基于压缩感知的算法能够更好地处理稀疏性强的图像,同时也能够提高图像的显示效果。
四、压缩感知在音频处理方面的应用除了在图像处理方面的应用,基于压缩感知的信号重构算法在音频处理方面也具有广泛的应用前景。
例如在音频采样、去噪、提取声音等方面都有着极为广泛的应用。
此外,利用压缩感知的技术,人们还可以用较小的存储空间存储大量音乐等高质量音频数据。
综上所述,基于压缩感知的信号重构算法是一种高效且优越的信号处理方法,具有较广泛的应用前景。
在未来的研究中,我们可以结合更多的数据处理技术来提高算法的效率和精度基于压缩感知的信号重构算法在信号处理中具有广泛应用前景,能够更好地处理稀疏性较强的信号,并提高信号质量。
压缩感知重构算法之OMP算法python实现

压缩感知重构算法之OMP算法python实现压缩感知重构算法之OMP算法python实现0pandas0 2016-03-18 15:08:55 9820 收藏 19分类专栏:压缩感知 python 压缩感知重建算法python实现⽂章标签: python压缩感知OMPmatlab重构版权压缩感知重构算法之OMP算法python实现压缩感知重构算法之CoSaMP算法python实现压缩感知重构算法之SP算法python实现压缩感知重构算法之IHT算法python实现压缩感知重构算法之OLS算法python实现压缩感知重构算法之IRLS算法python实现本⽂主要简单介绍了利⽤python代码实现压缩感知的过程。
压缩感知简介【具体可以参考这篇⽂章】假设⼀维信号xx长度为N,稀疏度为K。
ΦΦ为⼤⼩M×NM×N矩阵(M<<N)(M<<N)。
y=Φ×xy=Φ×x为长度M的⼀维测量值。
压缩感知问题就是已知测量值yy和测量矩阵ΦΦ的基础上,求解⽋定⽅程组y=Φ×xy=Φ×x得到原信号xx。
Φ的每⼀⾏可以看作是⼀个传感器(Sensor),它与信号相乘,采样了信号的⼀部分信息。
⽽这⼀部分信息⾜以代表原信号,并能找到⼀个算法来⾼概率恢复原信号。
⼀般的⾃然信号x本⾝并不是稀疏的,需要在某种稀疏基上进⾏稀疏表⽰x=ψsx=ψs,ψψ为稀疏基矩阵,SS为稀疏系数。
所以整个压缩感知过程可以描述为y=Φx=ΦΨs=Θsy=Φx=ΦΨs=Θs重建算法:OMP算法简析OMP算法输⼊:测量值y、传感矩阵Phi=ΦψPhi=Φψ、稀疏度K初始化:初始残差 r0=y,迭代次数t=1,索引值集合index;步骤:1、找到残差r和传感矩阵的列积中最⼤值对应下标,也就是找到⼆者内积绝对值最⼤的⼀个元素对应的下标,保存到index当中2、利⽤index从传感矩阵中找到,新的索引集PhitPhit3、利⽤最⼩⼆乘法处理新的索引集和y得到新的近似值θ=argmin||y−Phitθ||2θ=argmin||y−Phitθ||24、计算新的残差rt=y−Phitθrt=y−Phitθ,t=t+15、残差是否⼩于设定值,⼩于的话退出循环,不⼩于的话再判断t>K是否成⽴,满⾜即停⽌迭代,否则重新回到步骤1,继续执⾏该算法。
压缩感知的重构算法

压缩感知的重构算法算法的重构是压缩感知中重要的一步,是压缩感知的关键之处。
因为重构算法关系着信号能否精确重建,国内外的研究学者致力于压缩感知的信号重建,并且取得了很大的进展,提出了很多的重构算法,每种算法都各有自己的优缺点,使用者可以根据自己的情况,选择适合自己的重构算法,大大增加了使用的灵活性,也为我们以后的研究提供了很大的方便。
压缩感知的重构算法主要分为三大类:1.组合算法2.贪婪算法3.凸松弛算法每种算法之中又包含几种算法,下面就把三类重构算法列举出来。
组合算法:先是对信号进行结构采样,然后再通过对采样的数据进行分组测试,最后完成信号的重构。
(1) 傅里叶采样(Fourier Representaion)(2) 链式追踪算法(Chaining Pursuit)(3) HHS追踪算法(Heavy Hitters On Steroids)贪婪算法:通过贪婪迭代的方式逐步逼近信号。
(1) 匹配追踪算法(Matching Pursuit MP)(2) 正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit OMP)(3) 分段正交匹配追踪算法(Stagewise Orthogonal Matching Pursuit StOMP)(4) 正则化正交匹配追踪算法(Regularized Orthogonal Matching Pursuit ROMP)(5) 稀疏自适应匹配追踪算法(Sparisty Adaptive Matching Pursuit SAMP)凸松弛算法:(1) 基追踪算法(Basis Pursuit BP)(2) 最小全变差算法(Total Variation TV)(3) 内点法(Interior-point Method)(4) 梯度投影算法(Gradient Projection)(5) 凸集交替投影算法(Projections Onto Convex Sets POCS)算法较多,但是并不是每一种算法都能够得到很好的应用,三类算法各有优缺点,组合算法需要观测的样本数目比较多但运算的效率最高,凸松弛算法计算量大但是需要观测的数量少重构的时候精度高,贪婪迭代算法对计算量和精度的要求居中,也是三种重构算法中应用最大的一种。
几种压缩感知算法

.1 压缩感知部分压缩感知算法主要可分为三类:贪婪迭代算法、凸凸优化(或最优化逼近方法)和基于贝叶斯框架提出的重构算法。
由于第三类方法注重信号的时间相关性,不适合图像处理问题,故目前的研究成果主要集中在前两类中。
目前已实现6中算法,分别为正交匹配追踪法(OMP)、迭代硬阈值法(IHT)、分段正交匹配追踪法(StOMP)、分段弱正交匹配追踪法(SwOMP)、广义正交匹配追踪(GOMP)、基追踪法(BP)。
1.1 正交匹配追踪法(OMP)在正交匹配追踪OMP中,残差是总与已经选择过的原子正交的。
这意味着一个原子不会被选择两次,结果会在有限的几步收敛。
OMP的算法如下(1)用x表示你的信号,初始化残差e0=x;(2)选择与e0内积绝对值最大的原子,表示为φ1;(3)将选择的原子作为列组成矩阵Φt,定义Φt列空间的正交投影算子为通过从e0减去其在Φt所张成空间上的正交投影得到残差e1;(4)对残差迭代执行(2)、(3)步;其中I为单位阵。
需要注意的是在迭代过程中Φt为所有被选择过的原子组成的矩阵,因此每次都是不同的,所以由它生成的正交投影算子矩阵P每次都是不同的。
(5)直到达到某个指定的停止准则后停止算法。
OMP减去的Pem是em在所有被选择过的原子组成的矩阵Φt所张成空间上的正交投影,而MP减去的Pem是em在本次被选择的原子φm所张成空间上的正交投影。
经OMP算法重构后的结果如下所示:算法的使用时间如下:1.2 迭代硬阈值法(IHT)目标函数为这里中的M应该指的是M-sparse,S应该指的是Surrogate。
这里要求:之后我们利用式对目标函数进行变形。
接着便是获得极值点:利用该式进行迭代可以得到极值点,我们需要的是最小值。
此时目标函数的最小值就得到了。
此时便得到我们需要的公式:我们要保证向量y的稀疏度不大于M,即,为了达到这一目标,要保留最大的M项(因为是平方,所以要取绝对值absolute value),剩余的置零(注意这里有个负号,所以要保留最大的M项)。
压缩感知 omp算法 matlab

压缩感知(Compressed Sensing)是一种通过测量和重建稀疏或可压缩信号的技术。
Orthogonal Matching Pursuit (OMP) 是一种贪婪算法,用于求解稀疏表示问题。
以下是一个使用MATLAB 实现OMP 算法的基本示例:matlabfunction x_rec = omp(A, b, K)# 输入: 矩阵A, 观测向量b, 稀疏度K# 输出: 重建向量x_rec# 计算矩阵A 的列的范数norm_A = norm(A, 2);# 初始化索引集和残差support = [];residual = b;# OMP 循环for iter = 1:K# 计算列的系数coef = A' * residual;# 找到具有最大系数的列的索引[~, index] = max(abs(coef));# 将该索引添加到支持集中support = [support, index];# 通过支持集更新残差x_support = A(:, support);x_rec = pinv(x_support) * b;residual = b - A(:, support) * x_rec;endend注意:这个函数需要输入一个矩阵A,一个观测向量b,以及稀疏度K。
A 是测量矩阵,通常是一个随机高斯矩阵或随机二进制矩阵。
b 是观测向量,即A*x,其中x 是需要重建的信号。
K 是信号的稀疏度,即非零元素的数量。
函数的输出是重建的信号x_rec。
注意:这是一个非常基础的实现,实际应用中可能需要添加更多的功能和优化,例如错误处理,超参数选择等。
压缩感知重构算法

日期:2018.11.27
目录
1 2 3
4 5
压缩感知理论
经典贪婪迭代算法理论和实验 改进的重构算法
二维信号仿真及抗噪声分析
结论和展望
1 压缩感知理论
1.1 压缩感知重构算法
0范式重构算法:贪婪迭代算法(MP,OMP,ROMP等) 迭代算法(IHT,NIHT,AIHT) 1范式重构算法:凸优化算法(ADMM,Interior point,Gradient Projection,GPSR,Homotopy
每次迭代时选择多列
2.4 压缩采样匹配追踪CoSaMP
每次迭代选择多个原子, 选择的原子在下次迭代中可能会被抛弃
2.5 压缩采样匹配追踪SP
后向追踪的方式,在每次迭代中将找出的错 误的原子剔出,再把新找的原子放入支撑集 中,最后进行逼近
2.6 压缩采样匹配追踪SAMP
稀疏度自适应匹配追踪算法(SAMP)解决了需己知稀疏度才能准确重 构信号的要求。该算法沿用SP算法的回溯思想,加入步长和分阶段选 择的思想,通过迭代次数的增加,支撑集增加,从而达到每次选择更 多的原子,更快的重构信号。但是,如何选择初始步长及固定步长对 该算法有一定影响。
溯自适应追踪算法( RBAPVS) .
该算法充分融合了已经存在的ROMP 算法的正则 化思想和SP 算法的回溯思想,并加入了变步长的 设计,使其重构精度和速度与同类算法相比能达 到更好效果.
3.1 RBAPVS算法
稀 疏 度 估 计
正 则 化 二 次 筛 选
3.1 RBAPVS算法
回 溯 思 想 再 筛 选
4.2.1 高斯白噪声影响
高斯白噪声均值为0,方差为0.01
基于OMP算法的压缩图像的重建

基于OMP算法的压缩图像的重建
OMP (Orthogonal Matching Pursuit)算法是一种信号稀疏表示
技术,可以用于压缩感知图像重建。
其基本思想是利用已知字典中
的原子对信号进行逐步匹配,求得最优的稀疏表示系数。
基于OMP
算法的压缩图像重建的步骤如下:
1. 选择一个合适的压缩矩阵进行图像压缩,得到压缩后的图像。
压缩矩阵可以使用随机矩阵或稀疏矩阵等。
2. 选择一个合适的基础字典,将压缩后的图像表示成字典原子
的线性组合。
常用的基础字典包括小波字典和离散余弦字典等。
3. 利用OMP算法,对压缩后的信号进行稀疏表示,得到对应的
稀疏表示系数。
4. 采用逆基础字典将稀疏系数转换为图像重建的系数。
逆基础
字典即基础字典的伪逆矩阵,通过矩阵乘法可以将稀疏系数转换为
原始信号的线性组合系数。
5. 利用重建系数和逆基础字典,进行图像重建,得到压缩感知
图像的重建图像。
6. 对重建图像进行性能评价,评估压缩感知重建的效果和误差。
需要注意的是,基于OMP算法的图像压缩和重建需要计算复杂
度较高,造成较大的运算压力。
因此,通常需要结合各种优化方法,减少算法的复杂度,提高压缩和重建效率。
超分辨 omp算法

超分辨 omp算法
超分辨率(Super-Resolution, SR)是一种图像处理技术,旨
在将低分辨率图像转换为高分辨率图像。
OMP算法是一种压缩感知
重建算法,可以用于超分辨率图像重建。
下面我将从几个方面来回
答你关于超分辨率OMP算法的问题。
首先,让我们来谈谈超分辨率技术。
超分辨率技术可以通过使
用多个低分辨率图像来重建出高分辨率图像。
这种技术对于图像处
理和计算机视觉领域具有重要意义,因为它可以改善图像的质量,
提高图像的清晰度和细节,对于监控、医学影像和卫星图像等领域
有着广泛的应用。
其次,OMP算法是一种压缩感知重建算法,它可以用于超分辨
率图像重建。
OMP算法是一种基于稀疏表示的算法,它利用信号的
稀疏性来重建信号。
在超分辨率图像重建中,OMP算法可以利用低
分辨率图像的信息来重建出高分辨率图像,从而实现图像的超分辨
率处理。
此外,超分辨率OMP算法的实现通常包括以下几个步骤,首先,对低分辨率图像进行预处理,例如去噪处理和图像配准;然后,利
用OMP算法对预处理后的低分辨率图像进行稀疏表示;接着,利用稀疏表示的结果来重建出高分辨率图像;最后,对重建得到的高分辨率图像进行后处理,例如锐化处理和去马赛克处理。
总的来说,超分辨率OMP算法是一种有效的图像重建算法,它可以通过利用低分辨率图像的信息来重建出高分辨率图像,从而实现图像的超分辨率处理。
这种算法在实际应用中具有广泛的应用前景,可以为图像处理和计算机视觉领域带来更多的发展机遇。
压缩感知理论及OMP算法.

An Overview of Compressive Sensing
• But there are some flaws of this method: • 1) Considering the Shannon sampling theorem,the sampling interval will be very narrow to gain better signal resolution,which will make the original signal very long, so the processing of transformation costs lots of time. • 2) The positions of K components required to remain vary while the signal changes. Therefore, this strategy is self-adaptive, and we need to allocate more space to store these positions. • 3) Poor anti-interference. Once one of the K components lost in transmission, the output will be changed greatly.
The Compressive Sensing Theory
And Practice of OMP Algorithm
2011-01-25
An Overview of Compressive Sensing
• For 1-D signal X∈RN×1, mostly,the information is redundant. 。 • We can compress it by orthogonal transformation.
压缩感知技术综述

压缩感知技术综述摘要:信号采样是模拟的物理世界通向数字的信息世界之必备手段。
多年来,指导信号采样的理论基础一直是著名的Nyquist采样定理,但其产生的大量数据造成了存储空间的浪费。
压缩感知(Compressed Sensing)提出一种新的采样理论,它能够以远低于Nyquist采样速率采样信号。
本文详述了压缩感知的基本理论,着重介绍了信号稀疏变换、观测矩阵设计和重构算法三个方面的最新进展,并介绍了压缩感知的应用及基于压缩感知SAR成像的仿真。
关键词:压缩感知;稀疏表示;观测矩阵;SAR成像;Abstract: Signal sampling is a necessary means of information world physical world to the digital simulation. Over the years, the base theory of signal sampling is the famous Nyquist sampling theorem, but a large amount of data generated by the waste of storage space. Compressed sensing and put forward a new kind of sampling theory, it can be much less than the Nyquist sampling signal sampling rate. This paper introduces the basic theory of compressed sensing, emphatically introduces the new progress in three aspects of signal sparse representation, design of measurement matrix and reconstruction algorithm, and introduces the application of compressed sensing and Simulation of SAR imaging based on Compressive Sensing Keywords: Compressed sensing; Sparse representation; The observation matrix; SAR imaging;0 引言Nyquist采样定理指出,采样速率达到信号带宽的两倍以上时,才能由采样信号精确重建原始信号。
压缩感知(Compressive Sensing)总结,毕设小节

压缩传感总结报告摘 要 随着信息技术的不断发展,人们对信息需求量越来越大,这给信号采样、传输和存储的实现带来的压力越来越大。
传统的采样方法容易造成信息的冗余,因此,人们寻求新的方法避免信息的冗余。
压缩传感的问世,打破了常规的信号处理的思路,它将压缩和采样合并进行,突破了香农采样定理的瓶颈。
本文主要围绕稀疏表示、编码测量、重构算法三个方面对压缩传感进行基本的介绍。
最后介绍了压缩传感的应用以及展望。
关键词 压缩传感,稀疏表示,编码测量,重构算法1 引言传统的信号获取和处理过程主要包括采样、压缩、传输和解压缩四个部分。
其采样过程必须满足香农采样定理, 即采样频率不能低于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
在信号压缩中,先对信号进行某种变换,如离散余弦变换或小波变换, 然后对少数绝对值较大的系数进行压缩编码, 舍弃零或接近于零的系数。
通过对数据进行压缩,舍弃了采样获得的大部分数据, 但不影响“感知效果”[1]。
但是,信号压缩实际上是一种严重的资源浪费,因为大量的采样数据在压缩过程中被丢弃了,而它们对于信号来说是不重要的或者只是冗余信息。
从这个意义而言,可得到以下结论:带宽不能本质地表达信号的信息,基于信号带宽的Nyquist 采样机制是冗余的或者说是非信息的。
如果信号本身是可压缩的, 那么是否可以直接获取其压缩表示(即压缩数据),从而略去对大量无用信息的采样呢?换句话说,是否存在一种基于信息的采样理论框架,使得采样过程既能保持信号信息,又能只需远少于Nyquist 采样定理所要求的采样数目就可精确或近似精确重建原始信号?Cand és 在2006年从数学上证明了可以从部分傅立叶变换系数精确重构原始信号, 为压缩传感奠定了理论基础。
Cand és 和Donoho 在相关研究基础上于2006年正式提出了压缩传感的概念。
其核心思想是将压缩与采样合并进行,首先采集信号的非自适应线性投影(测量值), 然后根据相应重构算法由测量值重构原始信号[7]。
matlab 快拍 omp算法 -回复

matlab 快拍omp算法-回复什么是快拍(QuickSnap)算法==============================快拍(QuickSnap)算法是一种基于压缩感知理论的高效稀疏信号恢复算法。
它结合了快速排序和正交匹配追踪(OMP)算法的优点,用于从具有稀疏表示的信号中恢复原始信号。
稀疏信号是指在经过合适的表示方法后,绝大多数的系数将变为零。
这在信号处理领域中具有很重要的实际意义。
压缩感知理论是研究如何通过少量的线性投影测量来重构稀疏信号的一门学科,而快拍算法则是在压缩感知领域的一个重要发展。
快拍算法核心思想================快拍算法的核心思想是根据信号提供的部分线性投影测量,通过迭代的方式逼近信号的稀疏表示。
该算法将信号表示为一个稀疏系数向量与一个矩阵的乘积,其中矩阵是由一组称为“字典”的基向量构成的。
快拍算法的执行过程=================快拍算法的执行过程可以分为以下几个步骤:1. 初始化:首先,选择一个适当的信号采样率以及一组合适的字典基向量。
然后,根据信号的线性投影测量值初始化信号的稀疏系数向量。
2. 迭代更新:在每一轮迭代中,根据当前的稀疏系数向量和字典基向量,计算当前信号的近似重构。
然后,根据重构信号和原始信号的差异,更新稀疏系数向量的非零系数。
3. 收敛判据:通过设置一个收敛条件来判断算法是否达到收敛状态。
一般情况下,收敛条件可以是稀疏系数向量的稀疏度或者当前信号的重构误差。
4. 输出结果:在算法收敛后,输出恢复的信号,即通过稀疏系数向量与字典基向量的乘积得到的重构信号。
快拍算法优缺点=============快拍算法相比其他压缩感知算法具有以下优点:1. 高效性:快拍算法结合了快速排序和OMP算法的优点,能够在较短的时间内恢复稀疏信号。
2. 稳健性:快拍算法对于测量矩阵的不精确性较为稳健,能够在一定误差范围内恢复准确的原始信号。
3. 理论保证:快拍算法基于压缩感知理论,具有数学上的严格理论保证。
基于压缩感知的OMP图像重构算法改进

基于压缩感知的OMP图像重构算法改进
马小薇
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2015(028)004
【摘要】阐述了压缩感知相关理论以及信号的重构算法,围绕其中的匹配追踪系列算法展开研究,同时在正交匹配追踪算法(OMP算法)的基础上引入了几种改进算法,并结合OMP算法本身耗时长、速度慢的问题,给出了一种OMP的改进方案,该方案将图像进行分块再处理,从而大幅降低了OMP算法迭代的矩阵规模.在相同条件下该算法的主客观重建效果均优于原来的算法.
【总页数】4页(P51-53,56)
【作者】马小薇
【作者单位】西安电子科技大学生命科学技术学院,陕西西安710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73;TP391.41
【相关文献】
1.基于压缩感知OMP改进算法的图像重构 [J], 郎利影;王勇;李思骞
2.压缩感知框架下基于ROMP算法的图像精确重构 [J], 李蕴华
3.基于改进StOMP算法图像压缩感知重构 [J], 刘继承;陈佳伟
4.基于压缩感知理论OMP图像分块重构研究 [J], 宁寰宇;吴惠
5.基于压缩感知的OMP图像重构优化算法 [J], 郭慧莹
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
压缩感知OMP算法应用在高动态光学投影层析成像

I { J j . 高 动 念 、 彪学投 影 层 析成 像 ( Hi g h
信 息 , 再经 过 反 投 影 得 到 清 晰 的 截 面 合成 i 维 图像。
d y n a mi c r a n g e o p t i c a l p r o j e c t i o n t o mo g r a p h y ,
三 维 重 构
_ _ l
图1 :0 . 3 m s采 样 率 为 0 . 7的 c s重 建 图 像
图 2 :H D R图像
、 。
【 关键词 】 高动 态光学投影 层析戍像 压缩感
知 匹配 追 踪 三 维 重 构
高 动 态 光 学 投 影 层 析 成 像 是 利 用 其 记录
出将 压缩 感知 应 用在 高动态 光学
投 影 层 析 戍 像 , 利 用 压 缩 感 知 的 正 交 匹配 追踪 O M P算 法 对 图 像 进 行压 缩 重建 该 方案 可 以使 采 集 的数 据 减 少 3 0 % , 从 而 降 低 高曝 光 辐 射 的 影 响 , ,为 J 获 得清 晰 的 像 , 将 I 韦 I 绕 红 肚 玻 璃 龟进 行 2 0 0个 角 度 的拍 摄 . 每 个 角 度 的 『 【 j j 隅 为
1 . 8 。 , 但 可 以清 晰 的 获 得 红 刖 一 玻 璃 组 的 内部
4 结 论
主 要 介绍 对 高 动 态 光 学 层 析 成 像 中 的 足 之 处 ,在 于对 牛 物 体 存 在 比较 大 的 高 曝 光 辐
订利 J 观测 鲜 活 的 生 命 体 以及 时 后 续 的 进 一 步
的观测 . 要 是 对 麻醉 的 红 肚 玻 璃 鱼 进 行曝 光
压缩感知理论及其OMP算法FPGA实现研究

韩 林 王正彦 孟 南南 ( 青岛大学自 动化工程学谠, 山东 青岛 2 6 6 0 7 1 )
摘 要
奈 奎 斯 特 定 理要 求采 样 频 率 不 得低 于信 号 最 高频 率 的 2倍 , 这使 得 高频 信 号 的 硬件 采样 实现 变得 较 为 困难 。 压缩 感 知
( C o mp r e s s i v e S e n s i n g, CS ) 理 论 从 研 究信 号 的 稀 疏 性 出发 , 指 出在 一 定条 件 下 可 以用 低 于奈 奎 斯 特 定 理 的 频 率 对 信 号
进行采样。 介 绍 了压 缩 感 知 理 论及 其 OMP 重构 算 法 , 设 计 了 OMP重 构 算 法 的 F P G A 实现 的 总 体 框 图 和各 模 块 框 图 , 编 写 了V e r i l o g HD L程 序 代 码 , 并 给 出 了在 Qu a r t u s I I 中的仿 真 结果 , 和 Ma t l a b仿 真 结 果对 比 , 压 缩 重构 效 果 比 较 理 想 。
关键词 : 压 缩感 知 , F P G A, O MP
Ab s t r a c t Ny qu i s t t h e or e m r e qu i r e s t h at t h e s ampl i n g f r equ e n cy i s n ot l es s t h a n 2 t i me s t h e hi gh es t f r equ e nc y s i gn a l , whi ch mak e s t he hi gh- f r e qu en c y s i gn al s ampl i n g h ar dwa r e i mpl e me n t a t i o n a n d r ap i d i n f or ma t i o n pr oc e s si n g f a ci n g en or mo u s c h al l e nge s .
浅谈压缩感知(二十):OMP与压缩感知

浅谈压缩感知(⼆⼗):OMP与压缩感知主要内容:1. OMP在稀疏分解与压缩感知中的异同2. 压缩感知通过OMP重构信号的唯⼀性⼀、OMP在稀疏分解与压缩感知中的异同1、稀疏分解要解决的问题是在冗余字典(超完备字典)A中选出k列,⽤这k列的线性组合近似表达待稀疏分解信号y,可以⽤表⽰为y=Aθ,求θ。
2、压缩感知重构要解决的问题是事先存在⼀个θ和矩阵A,然后得到y=Aθ(压缩观测),现在是在已知y和A的情况下要重构θ。
A为M×N矩阵(M<<N,稀疏分解中为冗余字典,压缩感知中为传感矩阵A=ΦΨ,即测量矩阵Φ乘以稀疏矩阵Ψ),y为M×1的列向量(稀疏分解中为待稀疏分解信号,压缩感知中为观测向量),θ为N×1的列向量(稀疏分解中为待求分解系数,压缩感知中为信号x的在变换域Ψ的系数,x=Ψθ)。
相同点:对已知y和A的情况下,求y=Aθ中的θ。
稀疏分解中θ是稀疏的,在压缩感知中信号也需要满⾜稀疏性的条件,这也是相同点之⼀。
(OMP⼀开始在应⽤在稀疏表⽰上,后来压缩感知恰好信号也满⾜稀疏性条件,因此OMP也适⽤于压缩感知问题)不同点:在稀疏分解中θ是事先不存在的,我们要去求⼀个θ⽤Aθ近似表⽰y,求出的θ并不能说对与错;在压缩感知中,θ是事先存在的,只是现在不知道,我们要通过某种⽅法如OMP去把θ求出来,求出的θ应该等于原先的θ的,然后可求原信号x=Ψθ。
压缩感知中的A需要满⾜⼀定的条件来保证重建的可⾏性与唯⼀性。
(如RIP、spark等)⼆、压缩感知通过OMP重构信号的唯⼀性问题:通过OMP等重构算法求出的θ就是原来的x=Ψθ中的那个θ吗?为什么通过OMP迭代后⼀定会选出矩阵A的那⼏列呢?会不会选择A的另外⼏列,它们的线性组合也满⾜y=Aθ?证明:思路与证明spark常数⼀致。
压缩感知的前提条件:若要恢复y=Aθ中k稀疏的θ,要求感知矩阵A(感知矩阵A=ΦΨ,即测量矩阵Φ乘以稀疏矩阵Ψ)⾄少任意2k列线性相关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
• But there are some flaws of this method: • 1) Considering the Shannon sampling theorem,the sampling interval will be very narrow to gain better signal resolution,which will make the original signal very long, so the processing of transformation costs lots of time. • 2) The positions of K components required to remain vary while the signal changes. Therefore, this strategy is self-adaptive, and we need to allocate more space to store these positions. • 3) Poor anti-interference. Once one of the K components lost in transmission, the output will be changed greatly.
An Overview of Compressive Sensing
• The definition of norm: • For a vector x, if there is a corresponded real function ||x||, which fits such conditions: 1) ||x||≥0, only if x=0, ||x||=0; 2) for any number a, ||ax||=|a|||x||; 3) for any vector x and y, ||x+y||≤||x||+||y||; • Then we call ||x|| the norm of x. • RIP: for δK∈(0,1) (1-δK)||x||22≤||Φx||22 ≤ (1+δK)||x||22
Coding Signal x Sampling Transformation y
Decoding Received data y
Inverse transformation
Reconstructed signal x*
coding:make orthogonal matrix Ψ, transformation y= Ψx, remain the most important K components of y and the corresponding positions. decoding:put K components back to the corresponding positions, let other positions be zero, make ΨH,inverse transformation x*=ΨHy*.
An Overview of Compressive Sensing
• Suppose x (n) is a digital signal, if it’s a K-sparse (has K non-zero values) or compressible signal, then we can estimate it with few coefficients by linear transformation. By compressive sensing we get the signal y (m) (m<n), • y=Φx • Φ is called sensing matrix with m×n dimension. • The dimension of y is much less than that of x, so the equation has infinitive solutions, which makes it difficult to rebuild original signal. Since x is Ksparse, we can rebuild x from y by solving the optimal problem below: • x*=min||x||0 s.t. y= Φx • Candes indicates that when m>Klog(n) and Φ has restricted isometry property (RIP), x (n) can be rebuilt.
An Overview of Compressive Sensing
• But few of natural signal is sparse. • According to compressive sensing theory, signal x can be sparse by some reversible transformation Ψ, that is x= Ψs, so we have • y=Φx= ΦΨs • Baraniuk indicates that the equivalent condition of RIP is that the measurement matrix Φ and the sparse base Ψ is irrelevant. It’s confirmed that when Φ is Guass random matrix, the condition is well fitted.
OMP Algorithm
• In some circumstance, we can replace l0 norm with l1 norm, that is • x*=min||x||1 s.t. y= Φx • The problem above can be solved by greed iterative algorithm, one of the most commonly used algorithm is the orthogonal matching pursuit (OMP) method. • The main idea of the OMP algorithm: choose the column of Φ by greed iterative method, which makes the chosen column and the present redundant vector related to the greatest extent, we subtract the related part from measurement vector, repeat the procedure above until the number of iterations up to K.
OMP Algorithm
• Input: sensing matrix Φ, sampling vector y, sparse degree K; • Output: the K-sparse approximation x* of x; • Initialization: the residual r0=y, index set Λ0=∅, t=1;
The Compressive Sensing Theory
And Practice of OMP Algorithm
2011-01-25
An Overview of Compressive Sensing
• For 1-D signal X∈RN×1, mostly,the information is redundant. 。 • We can compress it by orthogonal transformation.
An Overview of Compressive Sensing
• The advantages of compressive sensing: • 1) Non-adaptive, break through the limitation of Shannon sampling theorem. • 2) Strong Anti-interference ability, every component of the measurement is important, or unimportant. It can still be reconstructed while some components are lost. • The application prospect of compressive sensing is broad: • digital camera and audio acquisition device with low cost; astronomy (stars are sparse); network; military.
Coding Sparse signal x Received signal y Measurement, coding Decoding, reconstruction y
Decoding
Constructed signal x*
The measured value is not the signal itself, but the projective value from higher dimension to lower dimension.
OMP Algorithm
• Execute steps 1 to 5 circularly: • Step 1: find the maximum value of the inner product of residual r and the column of sensing matrix φj, the corresponding foot mark is λ; • Step 2: renew the index set Λt=Λt-1∪{λ} , the sensing matrix Φt=[Φt-1, φλ]; • Step 3: solve x*t=min||y- Φtx*||2 by least-square method; • Step 4: renew the residual rt=y-Φtx*t, t=t+1; • Step 5: if t>K, stop the iteration, else do step 1.