Computational imaging has been revolutionized by compressed sensing algorithms, which offer guaranteed uniqueness, convergence, and stability properties. In recent years, model-based deep learning methods that combine imaging physics with learned regularization priors have been emerging as more powerful alternatives for image recovery. The main focus of this paper is to introduce a memory efficient model-based algorithm with similar theoretical guarantees as CS methods. The proposed iterative algorithm alternates between a gradient descent involving the score function and a conjugate gradient algorithm to encourage data consistency. The score function is modeled as a monotone convolutional neural network. Our analysis shows that the monotone constraint is necessary and sufficient to enforce the uniqueness of the fixed point in arbitrary inverse problems. In addition, it also guarantees the convergence to a fixed point, which is robust to input perturbations. Current algorithms including RED and MoDL are special cases of the proposed algorithm; the proposed theoretical tools enable the optimization of the framework for the deep equilibrium setting. The proposed deep equilibrium formulation is significantly more memory efficient than unrolled methods, which allows us to apply it to 3D or 2D+time problems that current unrolled algorithms cannot handle.


翻译:压缩感测算法对计算成像进行了革命。 压缩感测算法提供了保证独特性、趋同性和稳定性的特性。 近年来,以模型为基础的深层次学习方法,将成像物理学与学习的正规化前期相结合,成为恢复图像的更强有力的替代方法。 本文的主要重点是引入记忆高效模型算法,其理论保障与CS方法相似。 拟议的迭代算法在包含得分函数的梯度下降与鼓励数据一致性的同级梯度算法之间互换。 评分函数被建为一个单一的共导神经网络。 我们的分析表明,单调制限制对于在任意的反问题中执行固定点的独特性是必要和充分的。 此外,它还保证了与固定点的趋同,因为输入干扰是强大的。 包括RED和MODL在内的当前算法是拟议的算法的特殊案例; 拟议的理论工具使得深平衡设置的框架得以优化。 提议的深平衡配方比不折流的方法要高得多的记忆效率,这使我们能够将其应用到3D或2D+时间问题处理不了的。

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