在压缩感知中设计感知矩阵的实际限制是什么?

信息处理 数字通讯 压缩传感 线性代数
2022-02-19 01:59:25

在典型的压缩感知场景中, y=Ax, 在哪里x是一个稀疏信号并且A是传感矩阵。
重构稀疏信号xy, A应具有受限等距属性 (RIP)。因此,如果一个矩阵不具备 RIP,则重建x将不可能。我们如何检查 RIP 的矩阵?
其次,设计传感矩阵的实际限制是什么A? 就像矩阵应该由实数值还是复数组成?用于生成矩阵的分布A? ETC,。

2个回答

检查矩阵的 RIP 是一个 NP-Hard 问题,这意味着它在计算上是不可行的。RIP 主要用于理论方面的矩阵设计。窃取@David 的评论,RIP 是一个紧张的条件。为了设计传感矩阵,使用了另一个名为 Coherence 的较弱条件,其计算复杂度易于处理(O(n2)在哪里n是矩阵的长度)。无论哪种类型的元素构成矩阵,您都可以随时检查其连贯性。

这里提出了一个类似的问题: 压缩感知:RIP 矩阵的数值生成查看更多详细信息。

当您说“设计传感矩阵的实际限制”时,这取决于您是否是指在实际硬件中实现传感矩阵。在这种情况下,物理约束可能超过更理想化的理论约束,例如 RIP 或低相干性。您当然希望尝试实现这些特性,但在实践中您无法自由选择如何实现信号的感知。

首先,使用因式分解通常更实用A=ΦΨ在哪里Φ是测量矩阵和Ψ是字典矩阵。这将问题一分为二;实现测量矩阵之一Φ在实际硬件和选择字典之一Ψ允许稀疏表示x你的可观察信号z=Ψx(意味着您将信号感知为y=Φz)。

尽管这种因式分解似乎使问题变得更容易,但您仍然必须确保低相干性,这现在被测量为之间的相互相干性ΦΨ,因此您不能完全独立地自由选择它们。

在实践中,您的传感硬件可能会对Φ这样您就可以选择Ψ现在可能是两者之间的低相干性之间的权衡ΦΨ(好)和不那么稀疏的表示xΨ(坏的)或更高的一致性ΦΨ(坏)和非常稀疏的表示xΨ(好的)。

最佳一致性的一个简单示例ΦΨ如果你的信号z是频率稀疏的。在这种情况下,Ψ应该是 IDFT 和Φ与奈奎斯特速率相比,它只是一个(随机)子采样,它可以表示为一个单位矩阵,其中一些(大部分)行被删除。和这里z表示以(至少)奈奎斯特速率采样的时域信号。