3D volumetric reconstruction from incomplete or noisy measurements is a fundamental problem in medical imaging and computational tomography. Deep image prior (DIP)-based methods have recently shown strong capability for solving inverse problems without requiring large training datasets. However, directly extending DIP to 3D reconstruction by fully 3D networks can incur high computational cost, while slice-by-slice 2D DIP approaches may lead to inter-slice inconsistencies due to the lack of explicit regularization along the third direction. In this paper, we propose a novel volumetric reconstruction framework, Fractional-gradient Autoencoding Sequential Tomography DIP (FAST-DIP), which integrates input-adaptive sequential deep image prior modeling of slices with fractional sparsity regularization to capture inter-slice dependencies. Specifically, we introduce a fractional l1/l2-based sparsity prior on the gradients along the slice (z) direction to explicitly enforce inter-slice structural consistency. We further provide theoretical analysis of the proposed alternating minimization algorithm under the majorization-minimization (MM) framework, establishing monotonic descent of the objective function and convergence to a critical point under the Kurdyka-Lojasiewicz (KL) property. Experimental results for 3D X-ray computed tomography (CT) reconstruction demonstrate that the proposed method improved reconstruction quality and structural consistency compared with existing DIP-based approaches.


翻译:三维体素重建是医学成像和计算断层成像中从不完整或含噪声测量中恢复结构的基础问题。基于深度图像先验(DIP)的方法近年展现出无需大规模训练数据集即可解决逆问题的强大能力。然而,直接通过全三维网络将DIP扩展到三维重建会带来高计算成本,而逐层的二维DIP方法因缺乏沿第三方向的显式正则化可能导致层间不一致。本文提出一种创新的体素重建框架——分数梯度自编码序贯断层成像DIP(FAST-DIP),该框架将输入自适应序贯深度图像先验建模与分数稀疏正则化相结合,以捕捉层间依赖关系。具体而言,我们引入基于分数l1/l2范数的梯度稀疏先验作用于切片(z)方向,显式强化层间结构一致性。同时,在主导最小化(MM)框架下对交替最小化算法进行理论分析,证明目标函数的单调下降性以及基于Kurdyka-Lojasiewicz(KL)性质收敛至临界点。三维X射线计算机断层成像(CT)重建实验表明,相较于现有DIP方法,所提方法在重建质量与结构一致性方面均有显著提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

深度学习的多视角三维重建技术综述
专知会员服务
23+阅读 · 2025年6月7日
【普林斯顿博士论文】快速且鲁棒的三维重建
专知会员服务
18+阅读 · 2025年2月13日
动态三维场景重建研究综述
专知会员服务
36+阅读 · 2024年8月23日
【CMU博士论文】稀疏视角三维重建,147页pdf
专知会员服务
33+阅读 · 2024年5月16日
深度学习背景下的图像三维重建技术进展综述
专知会员服务
39+阅读 · 2023年9月4日
专知会员服务
56+阅读 · 2021年4月4日
专知会员服务
34+阅读 · 2021年2月7日
基于视觉的三维重建关键技术研究综述
专知会员服务
167+阅读 · 2020年5月1日
三维重建 3D reconstruction 有哪些实用算法?
极市平台
13+阅读 · 2020年2月23日
计算机视觉方向简介 | 三维重建技术概述
计算机视觉life
26+阅读 · 2019年6月13日
Deep Image Prior——图像恢复入门
中国人工智能学会
15+阅读 · 2019年2月16日
SkeletonNet:完整的人体三维位姿重建方法
计算机视觉life
21+阅读 · 2019年1月21日
深度学习之图像超分辨重建技术
机器学习研究会
12+阅读 · 2018年3月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
4+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:33
相关VIP内容
深度学习的多视角三维重建技术综述
专知会员服务
23+阅读 · 2025年6月7日
【普林斯顿博士论文】快速且鲁棒的三维重建
专知会员服务
18+阅读 · 2025年2月13日
动态三维场景重建研究综述
专知会员服务
36+阅读 · 2024年8月23日
【CMU博士论文】稀疏视角三维重建,147页pdf
专知会员服务
33+阅读 · 2024年5月16日
深度学习背景下的图像三维重建技术进展综述
专知会员服务
39+阅读 · 2023年9月4日
专知会员服务
56+阅读 · 2021年4月4日
专知会员服务
34+阅读 · 2021年2月7日
基于视觉的三维重建关键技术研究综述
专知会员服务
167+阅读 · 2020年5月1日
相关资讯
三维重建 3D reconstruction 有哪些实用算法?
极市平台
13+阅读 · 2020年2月23日
计算机视觉方向简介 | 三维重建技术概述
计算机视觉life
26+阅读 · 2019年6月13日
Deep Image Prior——图像恢复入门
中国人工智能学会
15+阅读 · 2019年2月16日
SkeletonNet:完整的人体三维位姿重建方法
计算机视觉life
21+阅读 · 2019年1月21日
深度学习之图像超分辨重建技术
机器学习研究会
12+阅读 · 2018年3月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员