SWISTA-Nets: Subband-adaptive wavelet iterative shrinkage thresholding networks for image reconstruction

可解释性 人工智能 计算机科学 稳健性(进化) 迭代重建 小波 阈值 机器学习 反问题 模式识别(心理学) 图像(数学) 数学 数学分析 生物化学 化学 基因
作者
Binchun Lu,Lidan Fu,Yixuan Pan,Yonggui Dong
出处
期刊:Computerized Medical Imaging and Graphics [Elsevier]
卷期号:113: 102345-102345
标识
DOI:10.1016/j.compmedimag.2024.102345
摘要

Robust and interpretable image reconstruction is central to imageology applications in clinical practice. Prevalent deep networks, with strong learning ability to extract implicit information from data manifold, are still lack of prior knowledge introduced from mathematics or physics, leading to instability, poor structure interpretability and high computation cost. As to this issue, we propose two prior knowledge-driven networks to combine the good interpretability of mathematical methods and the powerful learnability of deep learning methods. Incorporating different kinds of prior knowledge, we propose subband-adaptive wavelet iterative shrinkage thresholding networks (SWISTA-Nets), where almost every network module is in one-to-one correspondence with each step involved in the iterative algorithm. By end-to-end training of proposed SWISTA-Nets, implicit information can be extracted from training data and guide the tuning process of key parameters that possess mathematical definition. The inverse problems associated with two medical imaging modalities, i.e., electromagnetic tomography and X-ray computational tomography are applied to validate the proposed networks. Both visual and quantitative results indicate that the SWISTA-Nets outperform mathematical methods and state-of-the-art prior knowledge-driven networks, especially with fewer training parameters, interpretable network structures and well robustness. We assume that our analysis will support further investigation of prior knowledge-driven networks in the field of ill-posed image reconstruction.

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