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
压缩感知重构算法之OLS算法python实现
压缩感知重构算法之IRLS算法python实现
IHT(iterative hard thresholding )算法是压缩感知中一种非常重要的贪婪算法,它具有算法简单的有点,且易于实现,在实际中应用较多。本文给出了IHT算法的python和matlab代码(本文给出的代码未经过优化,所以重建质量不是非常好),以及完整的仿真过程。
算法流程
python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)
#coding:utf-8
#%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
# DCT基作为稀疏基,重建算法为IHT算法,图像按列进行处理
# 参考文献: Carrillo R E, Polania L F, Barner K E. Iterative hard thresholding for compressed sensing
#with partially known support[C]
#//Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP),
#2011 IEEE International Conference on. IEEE, 2011: 4028-4031.
#
#%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
#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'))#图片大小256*256
#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)
#IHT算法函数
def cs_IHT(y,D):
K=math.floor(y.shape[0]/3) #稀疏度
result_temp=np.zeros((256)) #初始化重建信号
u=0.5 #影响因子
result=result_temp
for j in range(K): #迭代次数
x_increase=np.dot(D.T,(y-np.dot(D,result_temp))) #x=D*(y-D*y0)
result=result_temp+np.dot(x_increase,u) # x(t+1)=x(t)+D*(y-D*y0)
temp=np.fabs(result)
pos=temp.argsort()
pos=pos[::-1]#反向,得到前面L个大的位置
result[pos[K:]]=0
result_temp=result
return result
#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_IHT(img_cs_1d[:,i],Theta_1d) #利用IHT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
%代码在matlab2010b测试通过
function Demo_CS_IHT()
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 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: T. Blumensath and M. Davies, “Iterative Hard Thresholding for
% Compressed Sensing,” 2008.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%------------ read in the image --------------
img=imread('lena.bmp'); % 256*256大小
img=double(img);
[height,width]=size(img);
sampleRate=0.7; %采样率
%------------ 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
Phi = orth(rand(256, 256));
Phi=Phi(1:256*sampleRate, :);
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_iht(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),imshow(uint8(img_rec_1d));
title(strcat('PSNR=',num2str(psnr),'dB'));
disp('over')
%************************************************************************%
function hat_x=cs_iht(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=zeros(m,1); % initialization with the size of original
s=floor(length(y)/4); % sparsity
u=0.5; % impact factor
% T_Mat=T_Mat/sqrt(sum(sum(T_Mat.^2))); % normalizae the whole matrix
for times=1:s
x_increase=T_Mat'*(y-T_Mat*hat_x_tp);
hat_x=hat_x_tp+u*x_increase;
[val,pos]=sort((hat_x),'descend'); % why? worse performance with abs()
hat_x(pos(s+1:end))=0; % thresholding, keeping the larges s elements
hat_x_tp=hat_x; % update
end
参考文章
1、Carrillo R E, Polania L F, Barner K E. Iterative hard thresholding for compressed sensing with partially known support[C]//Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2011 IEEE International Conference on. IEEE, 2011: 4028-4031.
欢迎python爱好者加入:学习交流群 667279387
压缩感知重构算法之IHT算法python实现的更多相关文章
- 压缩感知重构算法之IRLS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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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. ...
- 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 ...
- 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
- python——inspect模块
inspect模块常用功能 import inspect # 导入inspect模块 inspect.isfunction(fn) # 检测fn是不是函数 inspect.isgenerator((x ...
- 详细讲解 Redis 的两种安装部署方式
Redis 是一款比较常用的 NoSQL 数据库,我们通常使用 Redis 来做缓存,这是一篇关于 Redis 安装的文章,所以不会涉及到 Redis 的高级特性和使用场景,Redis 能够兼容绝大部 ...
- SqlServer2005 查询 第六讲 null
今天们来讲sql命令中的这个null参数 null null: 可以理解成[没有值,空值]的意思 注意以下几点 --1.零和null是不一样的,null表示空值,而零表示的一个确定的值 --2.nul ...
- JAVA继承中子父类的构造方法
首先,构造方法本身会有一个隐式的无参构造(默认): ①不写构造方法,类中的第一行代码事实上有一个默认的无参构造(系统会隐式为你写好) public class Student { private St ...
- shell——数组
默认从0开始索引:也可以单独(像字典一样)pid[35420]=httpd -k ssl, 只能是一维的 bash4.0增加了关联数组 数组赋值: declare -a myarray声明数组 一次一 ...
- ubuntukylin16.04LTS(乌班图麒麟版长期支持版,并非银河麒麟)安装体验
最近,国产银河麒麟版在政府部门推广使用.我有幸接触了,感觉还是不错的.这次政府软件正版化整改中,也列入了windows和银河麒麟的选项.我想试安装一下,可是没找到.就近找了它的类似系统ubuntuky ...
- ubuntu server 1604 设置笔记本盒盖 不操作
sudo vim /etc/systemd/logind.conf //打开配置文件 找到 #HandleLidSwitch=suspend 改为 HandleLidSwitch=ignore ...
- [Windows篇] 在windows 10上源码编译gtest 并编写CMakeLists.txt
本文首发于个人博客https://kezunlin.me/post/aca50ff8/,欢迎阅读! compile gtest on windows 10 Guide compile gtest on ...
- 《Git的常用操作》
Git的常用操作: git checkout -b 本地分支 #创建本地的分支—本地分支,并切换到该分支下. git branch --set-upstream-to=origin/远程分支 本地分支 ...
- Spring与Shiro整合 登陆操作
Spring与Shiro整合 登陆操作 作者 : Stanley 罗昊 [转载请注明出处和署名,谢谢!] 编写登陆Controller方法 讲解: 首先,如果你登陆失败的时候,它会把你的异常信息丢到 ...