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改进的FastICA算法在图像盲分离中的应用
来源:电子技术应用2013年第1期
阴法明1, 梁瑞宇2
1. 南京信息职业技术学院, 江苏 南京210046; 2. 河海大学,江苏 常州 213022
摘要: 在系统研究独立分量分析基本原理、快速算法的基础上,提出了一种改进的独立分量分析快速算法。引入了一种综合考虑峰度和偏度的新的简单目标函数,并对独立分量分析的快速算法流程提出了改进。改进的算法在图像盲分离中得到了应用。实验结果表明,该算法显著提高了独立分量分离效果。
中图分类号: TP391.4
文献标识码: A
文章编号: 0258-7998(2013)01-0116-03
Application of improved FastICA algorithm in blind image separation
Yin Faming1, Liang Ruiyu2
1. Nanjing College of Information Technology, Nanjing 210046, China; 2. Hohai University, Changzhou 213022, China
Abstract: An improved FastICA algorithm is presented based on basic principle and fast algorithm of independent component analysis (ICA). A new and simple object function which synthesize kurtosis and skewness is developed,Then propose an improved flow of FastICA algorithm. The improved algorithm is apllied to blind image separation, The experimental result shows the improved algorithm enhance the effect of independent component separation.
Key words : independent component analysis; kurtosis; skewness; blind image separation

    盲源分离BSS(Blind Source Separation)是信号处理领域的热点,有着广泛的应用前景。盲源分离是在对信源和通道先验知识甚少的情况下,仅由观察信号推断信源和通道特性,从线性混合的观测信号中分离出独立的信号源。传统的盲源分离往往关注于信号的一阶统计量,研究信号间的相互关系,如主分量分析PCA(Principal Component Analysis)分解出的分量只是相互正交,具有明显局限性。独立分量分析ICA(Independent Component Analysis) [1-2]则基于信号的高阶统计量,利用高于二阶的统计信息正确实现源信号分离和恢复,并从多通道测量所得到的由若干独立信源线性组合的观察信号中,将这些独立成分分解开来,具有更实际的物理意义。

    在诸多ICA算法中,固定点算法(也称FastICA)以其收敛速度快、分离效果好被广泛应用于信号处理领域。该算法是基于定点递推算法得到的,对任何类型的数据都适用,能很好地从观测信号中估计出相互统计独立的、被未知因素混合的原始信号,它的存在对运用ICA分析高维的数据成为可能。FastlCA算法本质上是一种最小化估计分量互信息的神经网络方法,是利用最大熵原理来近似负熵,并通过一个合适的非线性函数g使其达到最优。该算法具有很多神经算法的优点如:并行的、分布的、计算简单、要求内存小。近年来对ICA的研究在统计信号处理领域得到了广泛的关注, 尤其在语音处理[3]、生物医学信号处理[4]、图像处理[5]等多方面的研究进展迅速。

1.2 预处理
    为了计算方便,在进行ICA 处理之前,需要对观测矢量x进行预处理,把x变为中间输出z,主要过程包括中心化和白化。




    从表1所示的峰值信噪比的比较中可以看出,基于改进的FastICA算法进行图像盲分离的效果得到显著提高。同时从平均迭代次数对比中也可以看出,改进的FastICA算法迭代次数略多于传统的FastICA算法。 

 

 

    本文在系统研究FastICA算法的基础上,引入了一种综合考虑峰度偏度新的、简单的目标函数,并且对FastICA算法流程中的正交化过程作了改进。实践证明,改进的算法显著提高了独立分量的分离效果,并且在图像盲分离中得到了应用。
参考文献
[1] COMON P. Independent component analysis, a new concept[J].  Signal Processing, 1994,36(7):287-314.
[2] CICHOCKI A, AMARI S. Adaptive blind signal and image  processing:learning algorithms and applications[M]. John  Wiley & Sons, 2002.
[3] TAKATANI T, et al. Blind separation of binaural sound mixtures using SIMO-model-based independent component analysis[C]. Acoustics, Speech and Signal Processing,2004.
[4] FLEXER A, et al. Using ICA for removal of ocular artifacts in EEG recorded from blind subjects[J]. Neural Networks, 2005,18(7):998-1005.
[5] FUNARO M, OJA E, VALPOLA H. Independent component analysis for artefact separation in astrophysical images[J]. Neural Networks, 2003,16(3): 469-478.
[6] HYVARINEN A, et al. Independent component analysis[M]. John Wiley & Sons, 2001.
[7] HYVARINEN A, OJA E. Independent component analysis:algorithms and applications[J]. Neural Networks, 2000,13(4-5):411-430.

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