L1范数最小化问题计算电路和图像感知设备

摘要：

本发明涉及一种L1范数最小化问题计算电路和图像感知设备。包括右逆电路、第一投影电路、求导电路、第二投影电路、第一加法电路、第二加法电路和第三加法电路，使用右逆电路计算获得观测匹配向量，使用第一投影电路计算获得当前状态投影，根据取符号函数使用求导电路获得梯度向量，使用第二投影电路计算获得梯度投影，再使用加法电路对上述结果进行处理，获得当前状态向量的更新方向，再计算更新方向与更新步长的乘积作为当前状态向量的增量向量，通过循环迭代的方法更新当前状态向量，当增量向量收敛时，当前状态向量即为恢复信号。通过取符号函数进行L1范数最小化问题的求梯度计算，大大降低了对运算资源的需求。

专利类型：发明专利

申请/专利号：CN202311380427.4

申请日期：2023-10-23

公开/公告号：CN117424601A

公开/公告日：2024-01-19

主分类号：H03M7/30(2006.01)

申请/专利权人:中国人民解放军国防科技大学

发明/设计人:王义楠;李清江;李智炜;邓铭鑫;刘桂青;徐晖;刁节涛;刘海军;陈长林;刘森;宋兵;于红旗;王玺;王伟;曹荣荣;李楠;步凯;王琴;孙振源

主申请人地址:410073 湖南省长沙市开福区德雅路109号

专利代理机构:长沙国科天河知识产权代理有限公司

代理人:唐品利

国别省市代码:湖南;43

权利要求：

1.一种L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，包括右逆电路、第一投影电路、求导电路、第二投影电路、第一加法电路、第二加法电路和第三加法电路； 所述右逆电路的输入端用于接入压缩感知观测结果映射的电流，所述第一投影电路和所述求导电路的输入端分别用于接入待恢复信号当前状态向量映射的电压，所述求导电路的输出端连接所述第二投影电路的输入端，所述第一加法电路的输入端分别连接所述求导电路和所述第二投影电路的输出端，所述第二加法电路的输入端分别连接所述第一投影电路和所述第一加法电路的输出端；所述第三加法电路的输入端分别连接所述右逆电路和所述第二加法电路的输出端，所述第三加法电路的输出端用于输出所述当前状态向量的更新方向对应的电压； 所述右逆电路用于计算观测矩阵右逆与所述观测结果的乘积，获得观测匹配向量；所述第一投影电路用于计算所述当前状态向量与投影矩阵的乘积，获得当前状态投影；所述求导电路用于根据取符号函数求所述当前状态向量的L1范数对各元素的偏导，获得梯度向量；所述第二投影电路用于计算所述梯度向量与所述投影矩阵的乘积，获得梯度投影；所述第一加法电路用于计算所述梯度向量与所述梯度投影之和的相反数，获得梯度正交分量，所述第二加法电路用于计算所述当前状态投影与所述梯度正交分量之和的相反数，获得梯度修正量，所述第三加法电路用于计算所述观测匹配向量与所述梯度修正量之和的相反数，获得所述更新方向；所述更新方向与更新步长的乘积为所述当前状态向量的增量向量，当所述增量向量收敛时，L1范数最小化问题计算电路输出恢复信号。 2.根据权利要求1所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述右逆电路包括第一忆阻器阵列、M个运算放大模块、第二忆阻器阵列和N个跨导放大模块，所述第一忆阻器阵列和所述第二忆阻器阵列的电路结构相同； 所述第一忆阻器阵列包括M个忆阻器子阵列，每一所述忆阻器子阵列包括N个忆阻器；每一所述忆阻器子阵列的各忆阻器的第一端相连，各所述忆阻器子阵列中位于同一行的各所述忆阻器的第二端相连；所述第一忆阻器阵列和所述第二忆阻器阵列中的各所述忆阻器的电导值根据所述观测矩阵的元素值映射得到； 所述第一忆阻器阵列的M个所述忆阻器子阵列的输入端分别用于接入所述观测结果映射的电流，M个所述运算放大模块输入端分别与所述第一忆阻器阵列的M个所述忆阻器子阵列的输出端一一对应连接，M个所述运算放大模块的输出端分别与所述第二忆阻器阵列的M个所述忆阻器子阵列的输入端一一对应连接，N个所述跨导放大模块的输入端分别与所述第二忆阻器阵列中位于同一行的各所述忆阻器的输出端一一对应连接，N个所述跨导放大模块的输出端分别与所述第一忆阻器阵列中位于同一行各所述忆阻器的输入端一一对应连接，所述第一忆阻器阵列的输出端用于输出所述观测匹配向量。 3.根据权利要求2所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述第一投影电路包括投影右逆电路和第三忆阻器矩阵；所述投影右逆电路与所述右逆电路的结构相同，所述第三忆阻器阵列与所述第一忆阻器阵列的电路结构相同； 所述第三忆阻器阵列的输入端用于接入所述当前状态向量映射的电压，所述第三忆阻器阵列的M个所述忆阻器子阵列的输出端分别与所述投影右逆电路的输入端一一对应连接，所述投影右逆电路的输出端用于输出所述当前状态投影。 4.根据权利要求1所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述求导电路包括N个双电源供电的比较器； N个所述比较器的输入端分别用于接入所述当前状态向量映射的电压，N个所述比较器的输出端分别用于输出所述梯度向量。 5.根据权利要求3所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述第二投影电路与所述第一投影电路的结构相同。 6.根据权利要求1所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述第一加法电路包括N个独立的第一加法器； N个所述第一加法器的第一输入端分别用于接入所述梯度向量，N个所述第一加法器的第二输入端分别用于接入所述梯度投影，N个所述第一加法器的输出端分别用于输出所述梯度正交分量。 7.根据权利要求1所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述第二加法电路包括N个独立的第二加法器； N个所述第二加法器的第一输入端分别用于接入所述当前状态投影，N个所述第二加法器的第二输入端分别用于接入所述梯度正交分量，N个所述第二加法器的输出端分别用于输出所述梯度修正量。 8.根据权利要求1所述的L1范数最小化问题计算电路，其特征在于，所述第三加法电路包括N个独立的第三加法器； N个所述第三加法器的第一输入端分别用于接入所述观测匹配向量，N个所述第三加法器的第二输入端分别用于接入所述梯度修正量，N个所述第三加法器的输出端分别用于输出所述更新方向。 9.一种图像感知设备，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的L1范数最小化问题计算电路。