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压缩感知是一种通过少量测量值重构信号的革命性技术,在图像处理领域尤为突出。其核心在于利用信号的稀疏性,通过优化算法从远低于奈奎斯特采样率的观测数据中恢复原始信号。
在压缩感知重构算法中,SP(子空间追踪)、MP(匹配追踪)、OMP(正交匹配追踪)和SAMP(稀疏度自适应匹配追踪)是几种经典方法。
MP算法是最基础的贪婪迭代算法,每一步选择与残差最相关的原子进行更新。虽然实现简单,但容易出现原子重复选择问题,导致重构精度有限。
OMP在MP基础上加入正交化步骤,每次迭代后对已选原子进行正交投影,显著提高收敛速度和重构精度,成为最常用的算法之一。
SP算法采用回溯机制,在迭代过程中动态调整支撑集,相比OMP能更好地处理中高维信号,但计算复杂度有所增加。
SAMP则是自适应算法,无需预先知道信号稀疏度,通过设置阈值自动调整支撑集大小,在未知稀疏度场景下表现出色。
重构效果评估通常关注三个维度:收敛速度、重构误差(如均方误差)和抗噪性能。实验数据显示在相同测量率下,OMP通常优于MP,SP在复杂信号重构中表现突出,而SAMP在稀疏度未知时具有独特优势。
近年来还出现了基于深度学习的重构算法,它们通过神经网络学习测量矩阵与信号间的映射关系,在特定数据集上能超越传统算法的性能边界,但泛化性和可解释性仍是研究热点。