掩模傅立叶测量下相位恢复问题的理论与算法
批准号:
12101170
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
栗会平
依托单位:
学科分类:
调和分析与逼近论
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
栗会平
中文摘要
近几十年,相位恢复问题因其在X射线晶体学、光学、天文成像、语音处理等领域的重要应用而引起了各界的广泛关注。系统研究其理论及算法,有重要的理论和实际意义。本项目将利用函数逼近论、傅立叶分析、优化理论、随机矩阵理论、代数学和组合数论等研究工具,研究傅立叶测量或掩模傅立叶测量下的相位恢复问题。目前,大多数相位恢复问题的理论分析建立在随机测量的前提下,该假设在实际问题中具有很强的局限性。申请人将基于傅立叶测量或带掩模的傅立叶测量,分析信号唯一恢复的条件。进一步,设计高效的算法来求解此类测量下的相位恢复问题,分析信号恢复的稳定性、算法收敛性及采样复杂度。在此基础上,针对此类测量下的稀疏相位恢复问题,进行算法设计和理论分析。本项目将傅立叶分析,压缩感知、优化理论和图像处理等热门领域结合,建立更深刻的联系。旨在为相位恢复问题提供更完善的理论支撑,克服现有技术和理论上的不足,推动理论和实际应用发展。
英文摘要
In recent decades, the problem of phase retrieval has attracted wide attention due to its important applications in X-ray crystallography, optics, astronomical imaging, speech processing and so on. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to systematically study its theory and algorithms. This project will use the methods of function approximation theory, Fourier analysis, optimization theory, random matrix theory, algebra and combinational number theory to study the phase retrieval problem from Fourier measurements with masks or not. So far, most of theoretical analysis in literature has been established under some random measurements. This assumption is strongly limited in real applications. The applicant will analyze the conditions required for signal recovery under Fourier measurements with masks or not. Furthermore, the project will design an efficient algorithm to solve the phase recovery problem under such measurement, and analyze the stability, convergence and sampling complexity of the related algorithm. On this basis, the algorithm design and theoretical analysis are carried out for the sparse phase recovery problem under such measurements. The project combines Fourier analysis, compressed sensing, optimization theory and image processing to establish a deeper connection. It aims to provide more complete theoretical support for phase retrieval problem, overcome the shortcomings of the prior art, and promote the development of both theory and real applications.
近几十年,相位恢复问题因其在X射线晶体学、光学、衍射成像、生物医学图像等领域的重要应用而引起了国际界的广泛关注。其中包括1985年和2024年诺贝尔化学奖的授予,其共同之处在于都是利用衍射成像模型(即掩模傅立叶测量模型)分析分子结构。因此,系统研究该模型下的相位恢复问题的理论及算法,有重要的理论和实际意义。本项目利用函数逼近论、傅立叶分析、优化理论、随机矩阵理论、代数学和组合数论等研究工具,分析了掩模傅立叶测量下,信号唯一恢复的条件。进一步,提出了三类高效的算法,即截断的wirtinger flow算法,截断的amplitude flow算法以及截断的黎曼梯度下降算法。针对上述三类算法,分别在最优采样阶数O(nlogn)下,证明了算法的线性收敛性,并在有界噪声干扰下,给出了算法的稳定分析。特别地,关于截断的wirtinger flow算法的采样复杂度的理论分析,解决了压缩感知领域的奠基人 E. J. Candès 教授在2014年提出的公开问题。从实验数据表明了截断的amplitude flow算法以及截断的黎曼梯度下降算法是更加高效的算法,并首次给出了掩模傅立叶测量模型下这些算法收敛性分析。在此基础上,针对此类测量下的稀疏相位恢复问题,目前初步进行了算法设计,给出了初步的理论结果。在本项目依托下,已在 IP、JANO等应用数学领域国际权威期刊发表论文 3 篇,结合了傅立叶分析、优化理论和信号处理等热门领域,为掩模傅立叶下的相位恢复问题提供了更完善的理论支撑,从而推动实际应用发展(例如,MRI和低螺旋密度CT等医学仪器等应用)。
非凸优化问题的全局景观分析及其应用
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批准号:MS25A010027
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:栗会平
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依托单位:
国内基金
海外基金