Inverse problems span across diverse fields. In medical contexts, computed tomography (CT) plays a crucial role in reconstructing a patient's internal structure, presenting challenges due to artifacts caused by inherently ill-posed inverse problems. Previous research advanced image quality via post-processing and deep unrolling algorithms but faces challenges, such as extended convergence times with ultra-sparse data. Despite enhancements, resulting images often show significant artifacts, limiting their effectiveness for real-world diagnostic applications. We aim to explore deep second-order unrolling algorithms for solving imaging inverse problems, emphasizing their faster convergence and lower time complexity compared to common first-order methods like gradient descent. In this paper, we introduce QN-Mixer, an algorithm based on the quasi-Newton approach. We use learned parameters through the BFGS algorithm and introduce Incept-Mixer, an efficient neural architecture that serves as a non-local regularization term, capturing long-range dependencies within images. To address the computational demands typically associated with quasi-Newton algorithms that require full Hessian matrix computations, we present a memory-efficient alternative. Our approach intelligently downsamples gradient information, significantly reducing computational requirements while maintaining performance. The approach is validated through experiments on the sparse-view CT problem, involving various datasets and scanning protocols, and is compared with post-processing and deep unrolling state-of-the-art approaches. Our method outperforms existing approaches and achieves state-of-the-art performance in terms of SSIM and PSNR, all while reducing the number of unrolling iterations required.


翻译:逆问题广泛存在于多个领域。在医学背景下,计算机断层扫描(CT)在重建患者内部结构中发挥着关键作用,但由于固有不适定逆问题产生的伪影而面临挑战。先前研究通过后处理与深度展开算法提升了图像质量,但存在超稀疏数据下收敛时间延长等问题。尽管有所改进,所得图像常呈现显著伪影,限制了其在实际诊断应用中的有效性。本文旨在探索用于求解成像逆问题的深度二阶展开算法,强调其相较于梯度下降等常见一阶方法具有更快的收敛速度和更低的时间复杂度。我们提出QN-Mixer——一种基于准牛顿方法的算法。通过BFGS算法学习参数,并引入Incept-Mixer这一高效神经架构作为非局部正则化项,捕捉图像内的长程依赖关系。针对准牛顿算法通常需要完整海森矩阵计算的高计算需求,我们提出一种内存高效替代方案:智能下采样梯度信息,在保持性能的同时显著降低计算量。通过稀疏视角CT问题实验(涵盖多种数据集与扫描协议),与当前最先进的后处理及深度展开方法进行比较,验证了所提方法的有效性。本方法在SSIM和PSNR指标上超越现有方法,达到最优性能,同时减少了所需的展开迭代次数。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
2+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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2023年12月4日
Arxiv
34+阅读 · 2022年12月20日
Arxiv
15+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 自回归Boltzmann生成器重塑分子采样
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:55
GNN跨域综述:从消息传递到图基础模型
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:53
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
11+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
2+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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员