[發明專利]基于稀疏感知的無線多媒體傳感器網絡圖像獲取方法

有效

• 申請號: 201911105401.2
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110798663B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 何靜飛;鄭緒南;周亞同;高鵬;黃永田
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N9/04
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 張國榮

本發明公開基于稀疏感知的無線多媒體傳感器網絡圖像獲取方法，該方法基于稀疏感知理論，前端節點在采集彩色圖像時僅采集部分感光元件信息進行傳輸，降低前端節點采集及壓縮圖像所需能耗；利用彩色圖像的結構特性，在基站實現彩色圖像的高效重建；將彩色圖像數據分布在一個三階張量中，通過約束“張量核范數”和“總變差”實現由部分采樣數據重建出全部數據。本發明與現有無線多媒體傳感器網絡圖像獲取方法相比，具有可降低節點采集及壓縮圖像所需能耗的優點。

技術領域

本發明屬于無線傳感器技術領域，具體是基于稀疏感知的無線多媒體傳感器網絡圖像獲取方法。

背景技術

無線多媒體傳感器網絡(Wireless Multimedia Sensor Network，WMSN)是在傳統無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)的基礎上發展起來的具有音頻、視頻、圖像等多媒體信息感知功能的新型傳感器網絡，具有廣泛應用。圖像作為用戶獲取信息的重要手段，相比于一維數據，可使用戶對監測對象具有更為直觀的觀測，蘊含信息豐富。然而圖像數據量龐大，尤其是實際應用中具有重要意義的彩色圖像，多幅圖像等高維圖像數據，如何有效地在WMSN系統中進行圖像的采集和傳輸，是一個研究難題。

目前有關WMSN中圖像采集傳輸方式都是基于傳統的WMSN中一維信號的獲取模式，即節點對圖像進行高速采樣，產生大量的冗余數據后再進行圖像壓縮，之后傳輸壓縮后的數據，接收端接收數據，最后解壓出原始的圖像。然而由于WMSN中節點能耗、采集速率、存儲容量、處理速度的限制，這樣的圖像采集傳輸方式難以滿足WMSN低功耗、低成本、高性能、高魯棒性的要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了基于稀疏感知的無線多媒體傳感器網絡圖像獲取方法。該方法利用圖像數據的稀疏性，節點在采集圖像時僅采集部分感光元件信息進行傳輸，降低了節點采集及壓縮圖像所需能耗；將彩色圖像數據分布在一個三階張量中，通過約束“核張量范數”和“總變差”，在基站處由部分采樣數據重構出全部數據。

本發明解決所述技術問題的技術方案是：設計基于稀疏感知的無線多媒體傳感器網絡圖像獲取方法，該方法包括下述步驟：

步驟1：無線多媒體傳感器網絡中的前端節點通過一個m×n像素的電荷耦合元件對單幅彩色圖像進行采集，對其采集的紅色、綠色和藍色灰度值的信息進行傳輸，應有m×n×p個數據被監測，其中p＝3，代表RGB分量，記為實數域；采用稀疏采樣法，隨機選取電荷耦合元件陣列中一定比例ρ的感光元件信息進行采樣并通過多跳通信傳送至基站，ρ為采樣比例且0＜ρ＜＜1；基站接收到的部分采樣數據為實際采樣數，代表向下取整符號，d為經采樣算子作用在M上得到的：d＝Ω(M)，記錄d在M中的位置為索引位置；

步驟2：基站通過聯合約束張量核范數和張量前切片總變差由接收到的部分采樣數據d重建彩色圖像數據，即求解如下方程：

其中，X⁽ⁱ⁾代表張量X的第i個前切片，張量X的“張量核范數”定義為：即為(為沿著張量管纖維方向做傅里葉變換，F₃表示對管纖維方向運算的傅里葉算子)每個前面切片的奇異值之和；μ為可調正則化參數；▽_x運算定義為：▽_x(X⁽ⁱ⁾)＝X⁽ⁱ⁾_j,k+1-X⁽ⁱ⁾_j,k，代表第i個前切片中第j行第k+1列的元素與第j行第k列的元素的差；▽_y運算定義為：▽_y(X⁽ⁱ⁾)＝X⁽ⁱ⁾_j+1,k-X⁽ⁱ⁾_j,k，代表第i個前切片中第j+1行第k列的元素與第j行第k列的元素的差；

步驟3：將步驟2中的方程轉換為求解如下約束方程：

即轉換為求解無約束方程其中λ為正則化參數；