Reliability-Aware Restoration Framework for 4D Spectral Photoacoustic Data

计算机科学 可靠性(半导体) 人工智能 降噪 可用性 相似性(几何) 模式识别(心理学) 噪音(视频) 图形 数据挖掘 图像(数学) 理论计算机科学 量子力学 人机交互 物理 功率(物理)
作者
Weihang Liao,Art Subpa-asa,Yuta Asano,Yinqiang Zheng,Hiroki Kajita,Nobuaki Imanishi,T. Yagi,Sadakazu Aiso,Kazuo Kishi,Imari Sato
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:45 (12): 15445-15461
标识
DOI:10.1109/tpami.2023.3310981
摘要

Spectral photoacoustic imaging (PAI) is a new technology that is able to provide 3D geometric structure associated with 1D wavelength-dependent absorption information of the interior of a target in a non-invasive manner. It has potentially broad applications in clinical and medical diagnosis. Unfortunately, the usability of spectral PAI is severely affected by a time-consuming data scanning process and complex noise. Therefore in this study, we propose a reliability-aware restoration framework to recover clean 4D data from incomplete and noisy observations. To the best of our knowledge, this is the first attempt for the 4D spectral PA data restoration problem that solves data completion and denoising simultaneously. We first present a sequence of analyses, including modeling of data reliability in the depth and spectral domains, developing an adaptive correlation graph, and analyzing local patch orientation. On the basis of these analyses, we explore global sparsity and local self-similarity for restoration. We demonstrated the effectiveness of our proposed approach through experiments on real data captured from patients, where our approach outperformed the state-of-the-art methods in both objective evaluation and subjective assessment.

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