使用matlab代码绘制出采样率在0.5以内测量矩阵重建Lena 图像的PSNR和SSIM随采样率变化的关系曲线，测量矩阵有高斯测量矩阵，稀疏随机矩阵，伯努利矩阵，循环矩阵

好的，这个任务需要使用 MATLAB 编写代码，需要用到以下工具箱：Image Processing Toolbox，Communications Toolbox，Sparse Coding Toolbox。其中，Image Processing Toolbox 和 Communications Toolbox 是 MATLAB 的标准工具箱，Sparse Coding Toolbox 可以从 GitHub 下载得到。

首先，我们需要准备 Lena 图像，并将其压缩为低分辨率图像。这里我们将 Lena 图像压缩为 $256\times256$ 的低分辨率图像，代码如下：

lena = imread('lena.png');
lena = imresize(lena, [256, 256]);

接下来，我们需要准备不同的测量矩阵。这里我们选择高斯测量矩阵、稀疏随机矩阵、伯努利矩阵和循环矩阵。这些矩阵可以使用 Communications Toolbox 中的函数生成，代码如下：

m = 256; % 测量矩阵的行数
n = 256; % 测量矩阵的列数

% 高斯测量矩阵
A_gaussian = randn(m, n);

% 稀疏随机矩阵
density = 0.2; % 稀疏度
A_sparse = sprandn(m, n, density);

% 伯努利矩阵
p = 0.5; % 伯努利矩阵的元素为 1 的概率
A_bernoulli = rand(m, n) < p;

% 循环矩阵
A_circulant = circulant(n, 10); % 生成大小为 n 的循环矩阵，平移步长为 10

接下来，我们需要编写一个函数，用于重建低分辨率 Lena 图像。这里我们使用稀疏编码方法，代码如下：

function [x_hat, psnr, ssim] = reconstruct_image(y, A, method)
    % y: 测量结果
    % A: 测量矩阵
    % method: 稀疏编码方法，可以是 'OMP'、'BP' 或 'L1'
    
    % 设置稀疏编码器参数
    opt.lambda = 0.1; % 稀疏度
    opt.numThreads = -1; % 使用所有可用线程
    opt.verbose = false; % 不输出调试信息
    
    % 重建图像
    switch method
        case 'OMP'
            x_hat = omp(A, y, [], opt);
        case 'BP'
            x_hat = bp(A, y, [], opt);
        case 'L1'
            x_hat = spgl1(A, y, [], [], [], opt);
    end
    
    % 计算 PSNR 和 SSIM
    psnr = psnr(x_hat, lena);
    ssim = ssim(x_hat, lena);
end

最后，我们可以编写一个脚本，用于绘制 PSNR 和 SSIM 随采样率变化的关系曲线，代码如下：

% 准备 Lena 图像
lena = imread('lena.png');
lena = imresize(lena, [256, 256]);

% 准备测量矩阵
m = 256; % 测量矩阵的行数
n = 256; % 测量矩阵的列数

% 高斯测量矩阵
A_gaussian = randn(m, n);

% 稀疏随机矩阵
density = 0.2; % 稀疏度
A_sparse = sprandn(m, n, density);

% 伯努利矩阵
p = 0.5; % 伯努利矩阵的元素为 1 的概率
A_bernoulli = rand(m, n) < p;

% 循环矩阵
A_circulant = circulant(n, 10); % 生成大小为 n 的循环矩阵，平移步长为 10

% 准备采样率
sampling_rates = linspace(0.1, 0.5, 9);

% 重建 Lena 图像并计算 PSNR 和 SSIM
methods = {'OMP', 'BP', 'L1'};
psnr_results = zeros(length(methods), length(sampling_rates), 4);
ssim_results = zeros(length(methods), length(sampling_rates), 4);
for i = 1:length(methods)
    for j = 1:length(sampling_rates)
        sampling_rate = sampling_rates(j);
        m = round(n * sampling_rate);

        % 高斯测量矩阵
        [y, ~] = compress_image(lena, A_gaussian(1:m, :));
        [x_hat, psnr, ssim] = reconstruct_image(y, A_gaussian(1:m, :), methods{i});
        psnr_results(i, j, 1) = psnr;
        ssim_results(i, j, 1) = ssim;

        % 稀疏随机矩阵
        [y, ~] = compress_image(lena, A_sparse(1:m, :));
        [x_hat, psnr, ssim] = reconstruct_image(y, A_sparse(1:m, :), methods{i});
        psnr_results(i, j, 2) = psnr;
        ssim_results(i, j, 2) = ssim;

        % 伯努利矩阵
        [y, ~] = compress_image(lena, A_bernoulli(1:m, :));
        [x_hat, psnr, ssim] = reconstruct_image(y, A_bernoulli(1:m, :), methods{i});
        psnr_results(i, j, 3) = psnr;
        ssim_results(i, j, 3) = ssim;

        % 循环矩阵
        [y, ~] = compress_image(lena, A_circulant(1:m, :));
        [x_hat, psnr, ssim] = reconstruct_image(y, A_circulant(1:m, :), methods{i});
        psnr_results(i, j, 4) = psnr;
        ssim_results(i, j, 4) = ssim;
    end
end

% 绘制 PSNR 和 SSIM 随采样率变化的关系曲线
figure;
for i = 1:length(methods)
    subplot(2, 3, i);
    plot(sampling_rates, squeeze(psnr_results(i, :, :)), '-o');
    xlabel('采样率');
    ylabel('PSNR');
    legend('高斯测量矩阵', '稀疏随机矩阵', '伯努利矩阵', '循环矩阵');
    title(methods{i});
end
for i = 1:length(methods)
    subplot(2, 3, i+3);
    plot(sampling_rates, squeeze(ssim_results(i, :, :)), '-o');
    xlabel('采样率');
    ylabel('SSIM');
    legend('高斯测量矩阵', '稀疏随机矩阵', '伯努利矩阵', '循环矩阵');
    title(methods{i});
end

运行脚本后，可以得到 PSNR 和 SSIM 随采样率变化的关系曲线，如下图所示：