توصيفگر ها :
رادار روزنه مصنوعي , حسگري فشرده يك بيتي , حسگري فشرده بلوكي , آستانه گذاري سخت بلوكي باينري مبتني بر تابع هزينه آنتروپي متقابل(EBIBHT)
چكيده فارسي :
رادار روزنه مصنوعي(SAR) يكي از متداولترين روشهاي تصويربرداري است كه در هر شرايط آب و هوايي كه حتي سيستمهاي اپتيكي قادر به عملكرد مناسب نيستند، ميتواند تصوير با كيفيت خوبي ارائه نمايد. اين رادار با توجه به نصب آن روي يك پرنده، با حركت خود اصطلاحا يك روزنه مصنوعي بزرگ ايجاد ميكند و با محاسبه سطح مقطع راداري اهداف يك تصوير با تفكيكپذيري و كيفيت بالا تشكيل ميدهد. عليرغم مزاياي اين رادار، حجم بسيار بالاي دادههاي خام آن همواره يك چالش اساسي در پردازش SAR بوده است و هرگونه تلاش و نوآوري درجهت كاهش حجم اين دادهها و سهولت در پردازش آنها ارزشمند خواهد بود. يكي از ايدههاي اصلي براي نيل به اين هدف، استفاده از تئوري حسگري فشرده(CS) است كه پس از معرفي، براي استفاده در كاربرد تصويربرداري SAR نيز بسيار مورد توجه قرار گرفت. با استفاده از اين تئوري امكان نمونهبرداري از سيگنال ورودي با نرخ بسيار كمتر از نرخ نايكوئيست در كاربردهايي مثل SAR كه خاصيت تنك بودن دارند مهيا شد كه موجب تحول بزرگي در بسياري از حوزههاي پردازش سيگنال گرديد. در كاربرد تصويربرداري در ابتدا روشهاي سريعي مثل OMP و IHT مورد استفاده قرار گرفتند كه علاوه بر كاهش شديد حجم دادههاي خام، سرعت اجراي بالايي نيز داشتند. اما به مرور با افزايش روزافزون حجم دادهها محققان همچنان به دنبال راهي براي كاهش بيشتر حجم اين دادهها بودند. يكي از ايدههاي پيشنهاد شده كاهش عرض بيت نمونههاي ورودي بود كه نهايتا منجر به تحقيقات گستردهاي در زمينه حسگري فشرده با نمونههاي يك بيتي شد. حسگري فشرده يك بيتي علاوه بر كاهش حجم دادهها موجب سادگي بسيار زياد ساختار سختافزار نمونهبردار رادار شده و هزينه آن را نيز به شدت كاهش ميدهد. يكي از معروفترين اين روشها موسوم به BIHT است كه دركاربرد تصويربرداري نيز مورد استفاده قرار گرفته است. در اين روشها اطلاعات دامنه به كلي از دست ميرود و منجر به كاهش كيفيت تصوير نهايي ميگردد، اما در رادارهايي مثل SAR كه سيگنال مربوطه داراي خاصيت تنكي بلوكي ميباشد، روشهاي حسگري فشرده يك بيتي بلوكي مانند PBIBHT در بازسازي سيگنال عملكرد بهتري در قياس با روشهاي ساده مثل BIHT دارند. در اين پاياننامه ضمن بررسي روشهاي مختلف حسگري فشرده يك بيتي، چهار ايده جديد براي حسگري فشرده يك بيتي بلوكي پيشنهاد شده است كه يكي از آنها با نام روش باينري آستانهگذاري سخت تكراري بلوكي مبتني بر تابع هزينه آنتروپي متقابل(EBIBHT) داراي تابع هزينه اي متفاوت با ديگر روش ها بوده و در مقابل رقيب خود يعني PBIBHT عملكرد بهتري در سناريو هاي مختلف از خود نشان مي دهد. ايده پيشنهادي ديگر نيز نسخه بلوكي الگوريتم هاي FISTA با نام Block FISTAو نيز نسخه بلوكي RBIHT با نام Block RBIHT است. در نهايت نيز عملكرد اين روشها روي دادههاي مصنوعي و نيز دادههاي واقعي SAR مقايسه شدهاند. همچنين در ايده ديگري تاثير آستانهگذاري بر عملكرد اين روشها بررسي و تحليل شده است.
چكيده انگليسي :
Synthetic Aperture Radar (SAR) is one of the most common imaging methods that can provide good quality images in any weather conditions where even optical systems are unable to function properly. This radar, due to its installation on a moving platform, creates a so-called large artificial aperture with its movement and forms a high-resolution and high-quality image by calculating the radar cross-section of the targets. Despite the advantages of this radar, very large volume of raw data has always been a major challenge in SAR processing, and any effort and innovation to reduce the volume of this data and facilitate its processing will be valuable. One of the main ideas to achieve this goal is the use of compressed sensing (CS) theory, which, after its introduction, has also received much attention for use in SAR imaging applications. Using this technique, it is possible to sample the input signal at a rate much lower than the Nyquist rate in some applications such as SAR that show sparsity property, which caused a major revolution in many areas of signal processing. In imaging applications, fast methods such as OMP and IHT were initially used, which in addition to drastically reducing the volume of raw data, also had high execution speed. But as the volume of data increased, researchers continued to look for ways to further reduce the volume of this data. One of the ideas proposed was to reduce the bit width of the input samples, which ultimately led to extensive research in the field of compressed sensing with one-bit samples. In addition to reducing the volume of data, compressed sensing with one-bit samples greatly simplifies the structure of the radar sampler hardware and greatly reduces its cost. One of the most famous of these methods is called BIHT, which has also been used in imaging applications. In these methods, the amplitude information is completely lost and leads to a decrease in the quality of the final image, but in radars such as SAR that have a sparse block property, block wise one-bit compressed sensing methods such as PBIBHT perform better in signal reconstruction compared to simple methods such as BIHT. In this thesis, while examining various methods of one-bit compressed sensing, four new ideas for block-based one-bit compressed sensing are suggested. The first algorithm, called Entropy based Binary Iterative Block Hard Thresholding (EBIBHT), has a cost function which is different from other methods and it shows better performance in different scenarios compared to its competitor, PBIBHT. The second one is the block version of FISTA algorithm which is called Block-FISTA. The third one is the block version of RBIHT algorithm which is called Block-RBIHT, and the last one is the block version of firm thresholding which can be applied to all of existing block-wise one-bit recovery algorithms. Finally, we will compare the performance of these methods on synthetic and also real SAR data.