Inverse problems, where the goal is to recover an unknown signal from noisy or incomplete measurements, are central to applications in medical imaging, remote sensing, and computational biology. Diffusion models have recently emerged as powerful priors for solving such problems. However, existing methods either rely on projection-based techniques that enforce measurement consistency through heuristic updates, or they approximate the likelihood $p(\boldsymbol{y} \mid \boldsymbol{x})$, often resulting in artifacts and instability under complex or high-noise conditions. To address these limitations, we propose a novel framework called \emph{coupled data and measurement space diffusion posterior sampling} (C-DPS), which eliminates the need for constraint tuning or likelihood approximation. C-DPS introduces a forward stochastic process in the measurement space $\{\boldsymbol{y}_t\}$, evolving in parallel with the data-space diffusion $\{\boldsymbol{x}_t\}$, which enables the derivation of a closed-form posterior $p(\boldsymbol{x}_{t-1} \mid \boldsymbol{x}_t, \boldsymbol{y}_{t-1})$. This coupling allows for accurate and recursive sampling based on a well-defined posterior distribution. Empirical results demonstrate that C-DPS consistently outperforms existing baselines, both qualitatively and quantitatively, across multiple inverse problem benchmarks.


翻译:逆问题的目标是从含噪或不完整的测量中恢复未知信号,是医学成像、遥感与计算生物学等应用的核心。扩散模型最近已成为解决此类问题的强大先验。然而,现有方法要么依赖于基于投影的技术,通过启发式更新强制测量一致性;要么近似似然 $p(\boldsymbol{y} \mid \boldsymbol{x})$,这通常在复杂或高噪声条件下导致伪影与不稳定。为应对这些局限,我们提出一种称为**数据与测量空间耦合扩散后验采样**(C-DPS)的新框架,该框架无需约束调优或似然近似。C-DPS在测量空间 $\{\boldsymbol{y}_t\}$ 中引入一个前向随机过程,与数据空间扩散 $\{\boldsymbol{x}_t\}$ 并行演化,从而能够推导出闭式后验 $p(\boldsymbol{x}_{t-1} \mid \boldsymbol{x}_t, \boldsymbol{y}_{t-1})$。这种耦合使得能够基于定义明确的后验分布进行精确且递归的采样。实证结果表明,在多个逆问题基准测试中,C-DPS在定性与定量上均持续优于现有基线方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

《扩散模型及其应用》最新综述
专知会员服务
50+阅读 · 2024年8月21日
时间序列和时空数据扩散模型综述
专知会员服务
64+阅读 · 2024年5月1日
《扩散模型图像编辑》综述
专知会员服务
28+阅读 · 2024年2月28日
中科大等最新《基于扩散模型的图像恢复和增强》综述
专知会员服务
37+阅读 · 2023年8月22日
用深度学习揭示数据的因果关系
专知
28+阅读 · 2019年5月18日
图像降噪算法介绍及实现汇总
极市平台
26+阅读 · 2018年1月3日
国家自然科学基金
4+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+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
0+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
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
4+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+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
0+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员