? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??稀疏表示介紹(下)

聲明

主要學習資料是 Coursera 上 Duke 大學的公開課——Image and video processing, by Pro.Guillermo Sapiro?第 9 課。

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1. From Local to Global Treatment

圖片尺寸有大有小，在 DCT 變換中，我們一般取 8×8 的方塊作為一組 64 維的變換信號，在稀疏表示中，我們同樣也不能把整張圖片作為 X^T 矩陣，而是在大圖片中取一定尺寸的 patch (假設是 8×8 的方塊)作為一個 signal。對于圖片中的所有的 patch (假設 ij 是 patch 的左上角坐標)組成的信號，已知字典 D 和噪聲圖片 y ，估計公式如下：

y: 帶有噪音的圖片—— the whole image
x: 要恢復的 clear image
Rij x: 以 i，j 為左上角坐標的 patch， Rij 是從 x 中提取 patch 的 0-1 矩陣
D： 字典 for all the overlapping patches

字典 D 從哪里學習？第一種選擇是基于圖片的數據庫，第二種是直接使用要降噪的圖片進行訓練。還有一種可能性是：首先基于圖片的數據庫得到字典 D (off-line)，接著來了一張要降噪的圖片，我們的做法是新建一個以 D 為初始化的字典，在要處理的圖片上再進行迭代(on-line)，得到新字典，這個新字典更適合降噪，代價是多一些計算。

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2. K-SVD Image Denoising

在上一小節中，我們提出的可能性是 D 也需要根據要降噪的圖片進行再適應，所以，圖片降噪的公式多了一參數：

有三個變量，處理方法是先固定其中兩個，優化一個，然后迭代。從整體上來說，先用 K-SVD 算法得到字典矩陣 D 和系數編碼 alpha，保持它們不動，再優化 x：

x 的最優解實際上就是所有包含 x 像素點的 patch 的平均值，比如 patch 的大小是 8×8， 那么包含圖片中某一個像素點的 patch 就有 64 個，這個像素點最優解就是取這 64 個patch 對應位置的平均值。當然，你也可以用權重來調節不同位置的 patch 對 pixel 的影響，比如 pixel 在中間的 patch，權重大，pixel 在 patch 邊邊角角的地方，權重小。

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3. Compressed Sensing

前面我們探討了 sparse represent 的等式，這里主要講 compressed sensing 的概念，即在稀疏表示的等號兩邊同時乘以矩陣 Q：

就變成了：

用公式可以表達為：

可以看到，變換后的信號被大大壓縮了。在一直 x波浪 和 D波浪 的情況下求 alpha 這個問題和前面 sparse coding 非常類似。一個關鍵問題是：在什么條件下由已知信號 x波浪 的情況下恢復稀疏表示 alpha？顯然，這個問題與矩陣 Q，字典 D 和 alpha 的 sparse level 有關，背后涉及很多數學理論。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的稀疏表示介绍(下)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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