Since the seminal work of Venkatakrishnan et al. (2013), Plug & Play (PnP) methods have become ubiquitous in Bayesian imaging. These methods derive Minimum Mean Square Error (MMSE) or Maximum A Posteriori (MAP) estimators for inverse problems in imaging by combining an explicit likelihood function with a prior that is implicitly defined by an image denoising algorithm. The PnP algorithms proposed in the literature mainly differ in the iterative schemes they use for optimisation or for sampling. In the case of optimisation schemes, some recent works guarantee the convergence to a fixed point, albeit not necessarily a MAP estimate. In the case of sampling schemes, to the best of our knowledge, there is no known proof of convergence. There also remain important open questions regarding whether the underlying Bayesian models and estimators are well defined, well-posed, and have the basic regularity properties required to support these numerical schemes. To address these limitations, this paper develops theory, methods, and provably convergent algorithms for performing Bayesian inference with PnP priors. We introduce two algorithms: 1) PnP-ULA (Unadjusted Langevin Algorithm) for Monte Carlo sampling and MMSE inference; and 2) PnP-SGD (Stochastic Gradient Descent) for MAP inference. Using recent results on the quantitative convergence of Markov chains, we establish detailed convergence guarantees for these two algorithms under realistic assumptions on the denoising operators used, with special attention to denoisers based on deep neural networks. We also show that these algorithms approximately target a decision-theoretically optimal Bayesian model that is well-posed. The proposed algorithms are demonstrated on several canonical problems such as image deblurring, inpainting, and denoising, where they are used for point estimation as well as for uncertainty visualisation and quantification.


翻译:自Venkatakrishnan等人(2013年)、 Plug & Play (PnP) 的开创性工作以来, Bayesian 成像法中, Plug & Play (PnP) 方法已变得无处不在。 这些方法产生最小中位平方错误(MMSE) 或最大后台(MAP) 的估测器, 通过将一个明确的可能性函数与一个由图像解析算法隐含定义的先前者结合起来, 来测量成成成成图像。 文献中提议的PnPnP 算法主要在它们用于优化或取样的迭代方案中有所不同。 在优化方案中, 最近的一些工程保证到一个固定点, 虽然不一定是一个详细的MAP估计值。 在取样中,我们使用了双级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级。

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