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

IRLS(iteratively reweighted least squares)算法

(本文给出的代码未进行优化,只是为了说明算法流程 ,所以运行速度不是很快)

IRLS(iteratively reweighted least squares)算法是压缩感知重建算法当中的一个基本算法。主要是为了解决

minu||u||pp, subject to Φu=b

本文采用的代码是加入权重之后的

minu∑i=1Nwiu2i, subject to Φu=b

上式中的权重wi是根据前面一次ui−1计算得到的,具体的计算公式为:

wi=|u(n−1)i|p−2

这样上面的最优化问题可以求解得到:

u(n)=QnΦT(ΦQnΦT)−1b

其中Qn是一个对角矩阵,具体值从1/wi=|u(n−1)i|2−p得到。详细具体的解释请看参考文献1。


代码

要利用python实现,电脑必须安装以下程序

  • python (本文用的python版本为3.5.1)
  • numpy python包(本文用的版本为1.10.4)
  • scipy python包(本文用的版本为0.17.0)
  • pillow python包(本文用的版本为3.1.1)

python代码

#coding: utf-8
'''
#%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
# DCT基作为稀疏基,重建算法为OMP算法 ,图像按列进行处理
# email:ncuzhangben@qq.com,
#%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
'''
#导入集成库
import math # 导入所需的第三方库文件
import numpy as np #对应numpy包
from PIL import Image #对应pillow包 #读取图像,并变成numpy类型的 array
im = np.array(Image.open('lena.bmp'))
#print (im.shape, im.dtype)uint8 #生成高斯随机测量矩阵
sampleRate = 0.7 #采样率
Phi = np.random.randn(256, 256)
u, s, vh = np.linalg.svd(Phi)
Phi = u[:256*sampleRate,] #将测量矩阵正交化 #生成稀疏基DCT矩阵
mat_dct_1d=np.zeros((256,256))
v=range(256)
for k in range(0,256):
dct_1d=np.cos(np.dot(v,k*math.pi/256))
if k>0:
dct_1d=dct_1d-np.mean(dct_1d)
mat_dct_1d[:,k]=dct_1d/np.linalg.norm(dct_1d) #随机测量
img_cs_1d=np.dot(Phi,im) #IRLS算法函数
def cs_irls(y,T_Mat):
L=math.floor((y.shape[0])/4)
hat_x_tp=np.dot(T_Mat.T ,y)
epsilong=1
p=1 # solution for l-norm p
times=1
while (epsilong>10e-9) and (times<L): #迭代次数
weight=(hat_x_tp**2+epsilong)**(p/2-1)
Q_Mat=np.diag(1/weight)
#hat_x=Q_Mat*T_Mat'*inv(T_Mat*Q_Mat*T_Mat')*y
temp=np.dot(np.dot(T_Mat,Q_Mat),T_Mat.T)
temp=np.dot(np.dot(Q_Mat,T_Mat.T),np.linalg.inv(temp))
hat_x=np.dot(temp,y)
if(np.linalg.norm(hat_x-hat_x_tp,2) < np.sqrt(epsilong)/100):
epsilong = epsilong/10
hat_x_tp=hat_x
times=times+1
return hat_x #重建
sparse_rec_1d=np.zeros((256,256)) # 初始化稀疏系数矩阵
Theta_1d=np.dot(Phi,mat_dct_1d) #测量矩阵乘上基矩阵
for i in range(256):
print('正在重建第',i,'列。。。')
column_rec=cs_irls(img_cs_1d[:,i],Theta_1d) #利用IRLS算法计算稀疏系数
sparse_rec_1d[:,i]=column_rec;
img_rec=np.dot(mat_dct_1d,sparse_rec_1d) #稀疏系数乘上基矩阵 #显示重建后的图片
image2=Image.fromarray(img_rec)
image2.show()

matlab代码

%matlab版本用的R2010b
function Demo_CS_IRLS()
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 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
% Reference: R. Chartrand and W. Yin, “Iteratively Reweighted Algorithms
% for Compressed Sensing,” 2008.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %------------ read in the image --------------
img=imread('lena.bmp'); % testing image
img=double(img);
[height,width]=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;
mat_dct_1d(:,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=zeros(height,width);
Theta_1d=Phi*mat_dct_1d;
for i=1:width
column_rec=cs_irls(img_cs_1d(:,i),Theta_1d,height);
sparse_rec_1d(:,i)=column_rec'; % sparse representation
end
img_rec_1d=mat_dct_1d*sparse_rec_1d; % inverse transform %------------ show the results --------------------
figure(1)
subplot(2,2,1),imagesc(img),title('original image')
subplot(2,2,2),imagesc(Phi),title('measurement mat')
subplot(2,2,3),imagesc(mat_dct_1d),title('1d dct mat')
psnr = 20*log10(255/sqrt(mean((img(:)-img_rec_1d(:)).^2)))
subplot(2,2,4),imagesc(img_rec_1d),title(strcat('1d rec img ',num2str(psnr),'dB')) %****************************************
function hat_x=cs_irls(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 hat_x_tp=T_Mat'*y;
epsilong=1;
p=1; % solution for l-norm p
times=1;
while (epsilong>10e-9) && (times<length(y)/4)
weight=(hat_x_tp.^2+epsilong).^(p/2-1);
Q_Mat=diag(1./weight,0);
hat_x=Q_Mat*T_Mat'*inv(T_Mat*Q_Mat*T_Mat')*y;
if(norm(hat_x-hat_x_tp,2) < sqrt(epsilong)/100)
epsilong=epsilong/10;
end
hat_x_tp=hat_x;
times=times+1;
end

参考文献

1、R. Chartrand and W. Yin, “Iteratively Reweighted Algorithms for Compressed Sensing,” 2008.

欢迎python爱好者加入:学习交流群 667279387

压缩感知重构算法之IRLS算法python实现的更多相关文章

  1. 压缩感知重构算法之OLS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 ...

  2. 压缩感知重构算法之CoSaMP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 ...

  3. 压缩感知重构算法之IHT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 ...

  4. 压缩感知重构算法之SP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 ...

  5. 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 ...

  6. 浅谈压缩感知(三十一):压缩感知重构算法之定点连续法FPC

    主要内容: FPC的算法流程 FPC的MATLAB实现 一维信号的实验与结果 基于凸优化的重构算法 基于凸优化的压缩感知重构算法. 约束的凸优化问题: 去约束的凸优化问题: 在压缩感知中,J函数和H函 ...

  7. 浅谈压缩感知(三十):压缩感知重构算法之L1最小二乘

    主要内容: l1_ls的算法流程 l1_ls的MATLAB实现 一维信号的实验与结果 前言 前面所介绍的算法都是在匹配追踪算法MP基础上延伸的贪心算法,从本节开始,介绍基于凸优化的压缩感知重构算法. ...

  8. 浅谈压缩感知(二十八):压缩感知重构算法之广义正交匹配追踪(gOMP)

    主要内容: gOMP的算法流程 gOMP的MATLAB实现 一维信号的实验与结果 稀疏度K与重构成功概率关系的实验与结果 一.gOMP的算法流程 广义正交匹配追踪(Generalized OMP, g ...

  9. 浅谈压缩感知(二十六):压缩感知重构算法之分段弱正交匹配追踪(SWOMP)

    主要内容: SWOMP的算法流程 SWOMP的MATLAB实现 一维信号的实验与结果 门限参数a.测量数M与重构成功概率关系的实验与结果 SWOMP与StOMP性能比较 一.SWOMP的算法流程 分段 ...

随机推荐

  1. 腾讯正式开源图计算框架Plato,十亿级节点图计算进入分钟级时代

    腾讯开源再次迎来重磅项目,14日,腾讯正式宣布开源高性能图计算框架Plato,这是在短短一周之内,开源的第五个重大项目. 相对于目前全球范围内其它的图计算框架,Plato可满足十亿级节点的超大规模图计 ...

  2. centos中网卡的配置

    配置临时IP: ip a a 192.168.59.100/24 dev ens32 ifconfig ens32 192.168.59.100 up 在Linux最小安装之后,一般需要手动配置网络地 ...

  3. Nginx使用反向代理实现负载均衡

    Nginx使用反向代理实现负载均衡 yls 2019-9-20 简介 基于docker容器以及docker-compose,所以需要自学docker在linux环境的基本使用 使用两个tomcat作为 ...

  4. Download-学习资源下载

    小白求关爱:链接为本人工作中学习所碰到的,如有不对之处,请及时联系加以改正,后续仍会追加新链接地址并及时更新旧链接地址 Jdk历史版本 https://www.oracle.com/technetwo ...

  5. netty源码解析(4.0)-29 Future模式的实现

    Future模式是一个重要的异步并发模式,在JDK有实现.但JDK实现的Future模式功能比较简单,使用起来比较复杂.Netty在JDK Future基础上,加强了Future的能力,具体体现在: ...

  6. window,sts安装python

    1.先在python官网下载最新的python安装,安装的时候勾上所有选项 官网:https://www.python.org/downloads/ 2.在sts里安装pyDev插件,我当时直接sea ...

  7. 使用Spring安全表达式控制系统功能访问权限

    一.SPEL表达式权限控制 从spring security 3.0开始已经可以使用spring Expression表达式来控制授权,允许在表达式中使用复杂的布尔逻辑来控制访问的权限.Spring ...

  8. mysql清空数据库下所有的表

    一.使用以下命名获取truancate  数据库 lz_garden 下所有表,并将其导入到 d盘 为 out.sql select Concat('TRUNCATE TABLE ', TABLE_N ...

  9. linux/CentOS的安装(萌新版)

    一.CentOS的下载 1.官网下载网址:https://www.centos.org/ 2.下载具体步骤(2019年9月): 1.浏览器输入官方网址 2.点击网页的橙色按钮进入到下一界面 3.此时会 ...

  10. Ubuntu网络network eth0配置 | ubuntu network configuration

    本文首发于个人博客https://kezunlin.me/post/5076bc45/,欢迎阅读! ubuntu network configuration Guide network proxy S ...