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An Analysis of Block Sampling Strategies in Compressed Sensing

Authors :
Claire Boyer
Pierre Weiss
Jérémie Bigot
Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
SAD Paysage (SAD Paysage)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AGROCAMPUS OUEST
Laboratoire d'ingénierie osteo-articulaire et dentaire (LIOAD)
Université de Nantes (UN)-IFR26-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Département de Mathématiques, Informatique, Automatique (DMIA)
Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Technologies Avancées en sciences du Vivant (ITAV)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB)
Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
IEEE Transactions on Information Theory, IEEE Transactions on Information Theory, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 62 (4), pp.2125-2139. ⟨10.1109/TIT.2016.2524628⟩, IEEE Transactions on Information Theory, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 62 (4), pp.2125--2139, IEEE Transactions on Information Theory, 2016, 62 (4), pp.2125--2139
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

Compressed sensing is a theory which guarantees the exact recovery of sparse signals from a small number of linear projections. The sampling schemes suggested by current compressed sensing theories are often of little practical relevance, since they cannot be implemented on real acquisition systems. In this paper, we study a new random sampling approach that consists of projecting the signal over blocks of sensing vectors. A typical example is the case of blocks made of horizontal lines in the 2-D Fourier plane. We provide the theoretical results on the number of blocks that are sufficient for exact sparse signal reconstruction. This number depends on two properties named intra- and inter-support block coherence. We then show that our bounds coincide with the best so far results in a series of examples, including Gaussian measurements or isolated measurements. We also show that the result is sharp when used with specific blocks in time-frequency bases, in the sense that the minimum required amount of blocks to reconstruct sparse signals cannot be improved up to a multiplicative logarithmic factor. The proposed results provide a good insight on the possibilities and limits of block compressed sensing in imaging devices, such as magnetic resonance imaging, radio-interferometry, or ultra-sound imaging.

Details

Language :
English
ISSN :
00189448
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Information Theory, IEEE Transactions on Information Theory, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 62 (4), pp.2125-2139. ⟨10.1109/TIT.2016.2524628⟩, IEEE Transactions on Information Theory, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 62 (4), pp.2125--2139, IEEE Transactions on Information Theory, 2016, 62 (4), pp.2125--2139
Accession number :
edsair.doi.dedup.....888a976f0a698d8411540d3b9570deb7