A scale mixture of normals is a distribution formed by mixing a collection of normal distributions with fixed mean but different variances. A generalized gamma scale mixture draws the variances from a generalized gamma distribution. Generalized gamma scale mixtures of normals have been proposed as an attractive class of parametric priors for Bayesian inference in inverse imaging problems. Generalized gamma scale mixtures have two shape parameters, one that controls the behavior of the distribution about its mode, and the other that controls its tail decay. In this paper, we provide the first demonstration that the prior model is realistic for multiple large imaging data sets. We draw data from remote sensing, medical imaging, and image classification applications. We study the realism of the prior when applied to Fourier and wavelet (Haar and Gabor) transformations of the images, as well as to the coefficients produced by convolving the images against the filters used in the first layer of AlexNet, a popular convolutional neural network trained for image classification. We discuss data augmentation procedures that improve the fit of the model, procedures for identifying approximately exchangeable coefficients, and characterize the parameter regions that best describe the observed data sets. These regions are significantly broader than the region of primary focus in computational work. We show that this prior family provides a substantially better fit to each data set than any of the standard priors it contains. These include Gaussian, Laplace, $\ell_p$, and Student's $t$ priors. Finally, we identify cases where the prior is unrealistic and highlight characteristic features of images that suggest the model will fit poorly.


翻译:尺度正态混合是通过混合一组均值固定但方差不同的正态分布所形成的分布。广义伽马尺度混合则从广义伽马分布中抽取方差。广义伽马尺度正态混合模型已被提出作为逆成像问题贝叶斯推断中一类有吸引力的参数先验。广义伽马尺度混合具有两个形状参数:一个控制分布在其众数附近的行为,另一个控制其尾部衰减。本文首次证明该先验模型对多个大型成像数据集具有现实适用性。我们从遥感、医学成像和图像分类应用中抽取数据,研究了该先验在应用于图像的傅里叶变换与小波变换(Haar与Gabor)、以及图像与AlexNet(一种用于图像分类的流行卷积神经网络)首层滤波器卷积所得系数时的现实性。我们讨论了能改进模型拟合度的数据增强流程、识别近似可交换系数的流程,并刻画了最能描述观测数据集的参数区域。这些区域显著宽于计算工作中主要关注的区域。我们证明该先验族对每个数据集的拟合效果均显著优于其所包含的任何标准先验(包括高斯、拉普拉斯、$\ell_p$和Student's $t$先验)。最后,我们指出了该先验不具现实性的情况,并突出了预示模型拟合效果不佳的图像特征。

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