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专利号: 201911170072X
申请人: 广东石油化工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于截断Schatten p‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:包括以下步骤:m×n

(1)图像缺失部分对应待恢复的矩阵X∈R ,其矩阵填充优化模型为其中rank(·)表示矩阵的秩, 是已知数据的位置坐标集合,[PΩ(X)]ij为采样算子,其表达式为(2)用截断Schatten p‑范数代替秩函数进行矩阵低秩约束,其模型为r×m r×n

其中σ(·)为奇异值,A∈R ,B∈R ,AA=Ir×r,BB=Ir×r,0<p≤1;

(3)利用函数展开,将上述非凸优化模型转化为凸优化模型:p‑1

其中ωi=p(1‑σi(B A))(σi(Xk)) .;

(4)用基于交替方向乘子法的两步迭代算法求解上述凸优化模型,得到恢复好的矩阵,以实现图像恢复;

(5)验证基于截断Schatten p‑范数的矩阵填充算法的收敛性。

2.根据权利要求1所述的基于截断Schatten p‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:在步骤(3)中,所述的使用函数展开将非凸优化模型转化为凸优化模型,具体步骤如下:

1)令 则其关于σ(X)的导数为从而,

2)F(σ(X))的一阶泰勒展开式为p‑1

再令ωi=p(1‑σi(B A))(σi(Xk)) ,则 即为凸优化模型的目标函数。

3.根据权利要求1或2所述的基于截断Schatten p‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:在步骤(4)中,利用基于交替方向乘子法的两步迭代算法求解模型,其步骤如下:第一步:先初始化X1=M,并在第s+1次迭代中计算Xs=UsΔsVs。然后,根据Us和Vs,计算得到As和Bs;

第二步:先固定As和Bs,并计算第k次迭代的权重 然后,用ADMM算法求解凸优化模型;优化模型的拉格朗日函数为:其中Y是拉格朗日乘子,μ>0是惩罚参数,N为辅助变量。

4.根据权利要求3所述的基于截断Schattenp‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:用交替方向乘子法求解模型的步骤如下:(1)输入:观测矩阵M,坐标集合Ω,As,Bs,参数p,μ0,μmax,ρ,ε;

(2)初始化:X0=M,N0=0,Y0=0,迭代次数k=0;

(3)在第k+1次迭代中:

(4)第1步:计算权重W;

(5)第2步:固定其他变量,更新(6)第3步:固定其他变量,更新(7)第4步:更新Yk+1=Yk+μk(M‑Xk+1‑Nk+1)和μk+1=min(ρμk,μmax);

(8)重复步骤(4)‑(7),直到满足收敛条件时停止;

(9)输出:恢复矩阵X。

5.一种基于截断Schatten p‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)将原始矩阵M分解成一个低秩矩阵X与一个稀疏矩阵E的和,其低秩稀疏分解优化模型为其中‖·‖0表示矩阵的l0范数,λ(>0)是正则化参数。

(2)用截断Schatten p‑范数代替秩函数,并用l1范数代替l0范数,模型转化为r×m r×n其中σ(·)为奇异值, A∈R ,B∈R ,AA=Ir×r,BB=Ir×r,0<p≤

1;

(3)与矩阵填充算法相同,利用函数展开方法,先对非凸优化模型进行转化,p‑1其中ωi=p(1‑σi(B A))(σi(Xk)) 。

(4)用基于交替方向乘子法的两步迭代算法求解上述凸优化模型,得到分解的低秩矩阵和稀疏矩阵。

6.根据权利要求5所述的基于截断Schatten p‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:在步骤(4)中,利用基于交替方向乘子法的两步迭代算法求解模型,其步骤如下:(a)第一步:先初始化X1=M,并在第s+1次迭代中计算Xs=UsΔsVs。然后,根据Us和Vs,计算得到As和Bs;

(b)第二步:先固定As和Bs,并计算第k次迭代的权重 然后,用ADMM算法求解凸优化模型。优化模型的拉格朗日函数为其中Y是拉格朗日乘子,μ>0是惩罚参数。

7.根据权利要求6所述的基于截断Schatten p‑范数的图像缺失恢复方法,其特征在于:用交替方向乘子法求解模型的步骤如下:(1)输入:原始矩阵M,As,Bs,参数p,μ0,μmax,ρ,ε;

(2)初始化:X0=0,E0=0,Y0=0,迭代次数k=0;

(3)在第k+1次迭代中:

(4)第1步:计算权重W;

(5)第2步:固定其他变量,更新(6)第3步:固定其他变量,更新(7)第4步:更新Yk+1=Yk+μk(M‑Xk+1‑Ek+1)和μk+1=min(ρμk,μmax);

(8)重复步骤(4)‑(7),直到满足收敛条件时停止;

(9)输出:恢复矩阵X和E。