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lp范数优化算法:去冲击干扰与图像增强的关键技术
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更新于2024-09-02
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本文主要探讨了"lp范数约束的去冲击干扰优化算法"这一主题,针对信号在受到冲击干扰下的恢复问题,提出了一种创新的优化方法。lp范数(0<p<1),通常用于稀疏信号处理中的压缩感知,通过其特性可以有效捕捉信号的非光滑特性,有助于提高信号恢复的精度和鲁棒性。然而,lp范数的引入使得优化模型转化为非凸优化问题,这类问题通常比凸优化更难求解,因为非凸函数可能有多个局部最优解,而非全局最优。 为了克服这个挑战,作者采用交替方向乘子法(ADMM)来解决这个问题。ADMM是一种有效的求解大规模优化问题的工具,它通过将原问题分解成多个更易于处理的部分,然后交替更新各个部分的解,最终收敛到一个全局最优解。在论文中,作者分别运用迭代重加权最小二乘法和内点法设计了优化变量的迭代公式,这两种方法在优化过程中起到了关键作用。 在实验部分,作者将所提出的算法应用于图像增强任务,对比了lp-ADMM算法。结果显示,加权lp范数约束优化算法在去除冲击干扰后的信号恢复效果上表现更优,显示出其在实际应用中的优越性。此外,关键词"冲击干扰"、"lp范数"、"非凸问题"以及"迭代重加权"和"内点法"也强调了研究的核心技术路径和方法论。 这篇论文不仅介绍了lp范数约束在信号处理中的应用,还展示了如何通过优化算法有效地处理非凸问题,对于信号恢复和抗干扰技术具有重要的理论价值和实践意义。它为处理实际中的冲击干扰提供了新的解决策略,对信号处理和通信工程领域的研究人员具有参考价值。
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收稿日期 :2019‐07‐29 网络出版时间 :2019‐10‐30
基金项目 :重庆市规划和自然资源局科技项目(KJ‐2019038) ;重庆市技术创新与应用示范专项基金 (CSTC2018JSCX‐MSZDX0074)
作者简介 :黎 力 (1982 — ) ,男 ,高级工程师 ,E‐mail :llyw hu@ whu .edu .cn .
通信作者 :周 磊 (1991 - ) ,男 ,重庆邮电大学硕士研究生 ,E‐mail :zhouleicqupt2016@ outlook .com .
网络出版地址 :http ://kns .cnki .net /kcms/detail/61 .1076 .T N .20191029 .1636 .008 .html
doi :10 .19665/j .issn1001‐2400 .2020 .01 .005
l
p
范数 约 束 的 去 冲 击干 扰 优 化 算 法
黎 力
1 ,2
, 闫 利
1
, 周 磊
3
, 李 东
4
, 刘 宏 清
3
(1 .武汉大学 测绘学院 ,湖北 武汉 430072 ;
2 .重庆市自然资源安全调度中心 ,重庆 401147 ;
3 .重庆邮电大学 通信与信息工程学院 ,重庆 400065 ;
4 .重庆大学 通信和跟踪遥测指挥中心 ,重庆 400044)
摘要 :为解决在冲击干扰下信号的恢复问题 ,提出了一种利用 l
p
范数约束的优化算法 。 因为 l
p
(0 <
p
< 1)
范数约束的引入会导致提出的优化模型退化为难以求解的非凸优化问题 ,因此利用交替方向乘子法来有
效解决该优化问题 。 文中分别利用迭代重加权最小二乘法和内点法求得了优化问题中对应优化变量的迭
代方程 ,并将该算法用于图像增强 。 数值仿真结果说明了相比于 l
p
‐ADM 算法 ,加权 l
p
范数约束优化算法
有更好的恢复性能 。
关键词 : 冲击干扰 ;l
p
范数 ;非凸问题 ;迭代重加权 ;内点法
中图分类号 :TN911 .72 文献标识码 :A 文章编号 :1001‐2400(2020)01‐0030‐07
l
p
‐norm regularization optimization of impulsive disturbance removal
L I L i
1 ,2
,Y A N L i
1
,Z H OU L ei
3
,L I Don
g
4
,L IU H on
gq
ing
3
(
1 . School of Geodesy and Geomatics , Wuhan University , Wuhan 430072 , China ;
2 . Chongqing Natural Resources Safety Dispatch Center , Chongqing 401147 , China ;
3 . School of Communication and Information Engineering , Chongqing University of Posts
and Telecommunications , Chongqing 400065 , China ;
4 . Center of Communication and Tracking Telemetering Command ,
Chongqing University , Chongqing 400044 , China)
Abstract : This work addresses the signal recovery problem in the presence of impulsive disturbance
utilizing l
p
‐norm optimization . In doing so , the resultant optimization is difficult to solve , especially when
0 <
p
< 1 , because it is nonconvex . In this work , the alternating direction method for multipliers steps is
developed to efficiently obtain the solution from this optimization . In each step of the alternating direction
method for multipliers , the corresponding solutions are respectively obtained by utilizing the iteratively
reweighted least squares and interior‐
p
oint approach . Numerical studies including an application of image
enhancement demonstrate the superior performance of the proposed weighted estimation algorithms
compared to the l
p
‐ADM approach .
Key Words : impulsive disturbance ; l
p
‐norm ; nonconvex ; iteratively reweighted least squares ; interior‐
p
oint method
从被干扰的污染信号中恢复出干净信号是信号恢复的主要任务 。 因为高斯分布有闭式的概率密度函
数 ,易于得到其统计特征然后进行估计 ,所以高斯分布常用作干扰假设 。 另外 ,近年来利用信号的某些特殊
2020 年 2 月
第 47 卷 第 1 期
西安电子科技大学学报
JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY
Feb .2020
Vol .47 No .1
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