Inverse scattering aims to infer information about a hidden object by using the received scattered waves and training data collected from forward mathematical models. Recent advances in computing have led to increasing attention towards functional inverse inference, which can reveal more detailed properties of a hidden object. However, rigorous studies on functional inverse, including the reconstruction of the functional input and quantification of uncertainty, remain scarce. Motivated by an inverse scattering problem where the objective is to infer the functional input representing the refractive index of a bounded scatterer, a new Bayesian framework is proposed. It contains a surrogate model that takes into account the functional inputs directly through kernel functions, and a Bayesian procedure that infers functional inputs through the posterior distribution. Furthermore, the proposed Bayesian framework is extended to reconstruct functional inverse by integrating multi-fidelity simulations, including a high-fidelity simulator solved by finite element methods and a low-fidelity simulator called the Born approximation. When compared with existing alternatives developed by finite basis expansion, the proposed method provides more accurate functional recoveries with smaller prediction variations.


翻译:反演散射旨在通过使用从正向数学模型收集的散射波和训练数据来推断隐藏对象的信息。随着计算机技术的不断进步,对函数反向推断的关注越来越多,因为它可以揭示隐藏对象的更详细的属性。然而,关于函数反向推断的严格研究,包括对功能输入的重建和不确定性的量化,仍然很少。在一个反向散射问题的推动下,旨在推断代表有界散射体的折射率的功能输入,提出了一种新的贝叶斯框架。它包含一个代理模型,通过内核函数直接考虑功能输入,以及一个通过后验分布推断功能输入的贝叶斯过程。此外,将多重逼真模拟,包括有限元方法求解的高逼真模拟器和称为波恩近似的低逼真模拟器,整合到所提出的贝叶斯框架中,以重建函数反演。与使用有限点基函数扩展的现有替代方法相比,所提出的方法提供更准确的功能恢复,具有更小的预测变异性。

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