在许多计算机断层扫描（CT）成像应用程序中，重要的是快速收集来自移动或随时间变化的对象的数据。通常假设断层图像是逐步拍摄的，其中物体旋转到每个期望的角度，并且拍摄视图。然而，阶梯和射击采集缓慢并且可以浪费光子，因此在实践中，在收集数据的同时连续旋转物体的情况下进行飞行扫描。然而，这可能导致运动模糊的视图，从而与严重运动伪影进行重建。在本文中，我们介绍了Codex，一个模块化框架，用于联合去模糊和断层切断重建，可以有效地颠倒在扫描中引入的运动模糊。该方法是具有新型非凸贝叶斯重建算法的新型采集方法的协同组合。 Codex通过使用重建算法的已知二进制代码编码采集而作证，然后重转反转。使用良好选择的二进制代码进行编码测量可以提高反转过程的准确性。 Codex重建方法使用乘法器（ADMM）的交替方向方法将逆问题分成迭代解训和重建子问题，使重建实用实现。我们对模拟和实验数据的重建结果显示了我们方法的有效性。

多光谱探测器的进步导致X射线计算机断层扫描（CT）的范式偏移。从这些检测器获取的光谱信息可用于提取感兴趣对象的体积材料成分图。如果已知材料及其光谱响应是先验的，则图像重建步骤相当简单。但是，如果他们不知道，则需要共同估计地图以及响应。频谱CT中的传统工作流程涉及执行卷重建，然后进行材料分解，反之亦然。然而，这些方法本身遭受了联合重建问题的缺陷。为了解决这个问题，我们提出了一种基于词典的联合重建和解密方法的光谱断层扫描（调整）。我们的配方依赖于形成CT中常见的材料的光谱签名词典以及对象中存在的材料数的先验知识。特别地，我们在空间材料映射，光谱词典和字典元素的材料的指示符方面对光谱体积线性分解。我们提出了一种记忆有效的加速交替的近端梯度方法，以找到所得到的Bi-convex问题的近似解。根据几种合成幻影的数值示范，我们观察到与其他最先进的方法相比，调整非常好。此外，我们解决了针对有限测量模式调整的鲁棒性。

PtyChography是一种经过良好研究的相成像方法，可在纳米尺度上进行非侵入性成像。它已发展为主流技术，在材料科学或国防工业等各个领域具有各种应用。 PtyChography的一个主要缺点是由于相邻照明区域之间的高重叠要求以实现合理的重建，因此数据采集时间很长。扫描区域之间重叠的传统方法导致与文物的重建。在本文中，我们提出了从深层生成网络采样的数据中稀疏获得或不足采样的数据，以满足Ptychography的过采样要求。由于深度生成网络是预先训练的，并且可以在收集数据时计算其输出，因此可以减少实验数据和获取数据的时间。我们通过提出重建质量与先前提出的和传统方法相比，通过提出重建质量来验证该方法，并评论提出的方法的优势和缺点。

在本文中，我们考虑使用Palentir在两个和三个维度中对分段常数对象的恢复和重建，这是相对于当前最新ART的显着增强的参数级别集（PALS）模型。本文的主要贡献是一种新的PALS公式，它仅需要一个单个级别的函数来恢复具有具有多个未知对比度的分段常数对象的场景。我们的模型比当前的多对抗性，多对象问题提供了明显的优势，所有这些问题都需要多个级别集并明确估计对比度大小。给定对比度上的上限和下限，我们的方法能够以任何对比度分布恢复对象，并消除需要知道给定场景中的对比度或其值的需求。我们提供了一个迭代过程，以找到这些空间变化的对比度限制。相对于使用径向基函数（RBF）的大多数PAL方法，我们的模型利用了非异型基函数，从而扩展了给定复杂性的PAL模型可以近似的形状类别。最后，Palentir改善了作为参数识别过程一部分所需的Jacobian矩阵的条件，因此通过控制PALS扩展系数的幅度来加速优化方法，固定基本函数的中心，以及参数映射到图像映射的唯一性，由新参数化提供。我们使用X射线计算机断层扫描，弥漫性光学断层扫描（DOT），Denoising，DeonConvolution问题的2D和3D变体证明了新方法的性能。应用于实验性稀疏CT数据和具有不同类型噪声的模拟数据，以进一步验证所提出的方法。

2D断层摄影重建的目标是恢复从各种视图中投影的图像。通常推测，与突起相关联的投影角度预先已知。然而，在某些情况下，这些角度仅仅是近似或完全未知的。从一系列随机投影重建图像变得更具挑战性。我们提出了一种基于对侵犯学习的方法来恢复图像和投影角度分布，通过将测量的经验分布与所生成的数据匹配。通过在发电机和基于Wassersein生成的对抗网络结构之间解决一个MIN-MAX游戏来实现分布。为了通过梯度反向传播容纳投影角度分布的更新，我们使用来自离散分布的样本的Gumbel-Softmax Reparameterization估计损失。我们的理论分析验证了图像的独特恢复和投影分布到收敛时的旋转和反射。我们广泛的数值实验展示了我们在噪声污染下准确恢复图像和投影角度分布的方法的潜力。

We propose a deep learning method for three-dimensional reconstruction in low-dose helical cone-beam computed tomography. We reconstruct the volume directly, i.e., not from 2D slices, guaranteeing consistency along all axes. In a crucial step beyond prior work, we train our model in a self-supervised manner in the projection domain using noisy 2D projection data, without relying on 3D reference data or the output of a reference reconstruction method. This means the fidelity of our results is not limited by the quality and availability of such data. We evaluate our method on real helical cone-beam projections and simulated phantoms. Our reconstructions are sharper and less noisy than those of previous methods, and several decibels better in quantitative PSNR measurements. When applied to full-dose data, our method produces high-quality results orders of magnitude faster than iterative techniques.

在呼吸运动下重建肺部锥体束计算机断层扫描（CBCT）是一个长期的挑战。这项工作更进一步，以解决一个具有挑战性的设置，以重建仅来自单个} 3D CBCT采集的多相肺图像。为此，我们介绍了对观点或Regas的概述综合。 Regas提出了一种自我监督的方法，以合成不足的层析成像视图并减轻重建图像中的混叠伪像。该方法可以更好地估计相间变形矢量场（DVF），这些矢量场（DVF）用于增强无合成的直接观察结果的重建质量。为了解决高分辨率4D数据上深神经网络的庞大记忆成本，Regas引入了一种新颖的射线路径变换（RPT），该射线路径转换（RPT）允许分布式，可区分的远期投影。 REGA不需要其他量度尺寸，例如先前的扫描，空气流量或呼吸速度。我们的广泛实验表明，REGA在定量指标和视觉质量方面的表现明显优于可比的方法。

在计算机断层扫描成像的实际应用中，投影数据可以在有限角度范围内获取，并由于扫描条件的限制而被噪声损坏。嘈杂的不完全投影数据导致反问题的不良性。在这项工作中，我们从理论上验证了低分辨率重建问题的数值稳定性比高分辨率问题更好。在接下来的内容中，提出了一个新型的低分辨率图像先验的CT重建模型，以利用低分辨率图像来提高重建质量。更具体地说，我们在下采样的投影数据上建立了低分辨率重建问题，并将重建的低分辨率图像作为原始限量角CT问题的先验知识。我们通过交替的方向方法与卷积神经网络近似的所有子问题解决了约束最小化问题。数值实验表明，我们的双分辨率网络在嘈杂的有限角度重建问题上的变异方法和流行的基于学习的重建方法都优于变异方法。

本文解决了利益区域（ROI）计算机断层扫描（CT）的图像重建问题。尽管基于模型的迭代方法可用于此问题，但由于乏味的参数化和缓慢的收敛性，它们的实用性通常受到限制。另外，当保留的先验不完全适合溶液空间时，可以获得不足的溶液。深度学习方法提供了一种快速的替代方法，从大型数据集中利用信息，因此可以达到高重建质量。但是，这些方法通常依赖于不考虑成像系统物理学的黑匣子，而且它们缺乏可解释性通常会感到沮丧。在两种方法的十字路口，最近都提出了展开的深度学习技术。它们将模型的物理和迭代优化算法纳入神经网络设计中，从而在各种应用中均具有出色的性能。本文介绍了一种新颖的，展开的深度学习方法，称为U-RDBFB，为ROI CT重建而设计为有限的数据。由于强大的非凸数据保真功能与稀疏性诱导正则化功能相结合，因此有效地处理了很少的截断数据。然后，嵌入在迭代重新加权方案中的块双重前向（DBFB）算法的迭代将在神经网络体系结构上展开，从而以监督的方式学习各种参数。我们的实验显示了对各种最新方法的改进，包括基于模型的迭代方案，深度学习体系结构和深度展开的方法。

有限的角度X射线断层扫描重建是一个不良反问题一般。特别是当投影角度有限并且在光子限制条件下进行测量时，来自经典算法的重建，例如过滤的反光，可能导致由于缺失的问题而获取伪影。为了获得令人满意的重建结果，通常在重建算法中结合在重建算法中的令人满意的重建结果，例如总变化最小化和非局部图像相似度。在这项工作中，我们介绍了深度神经网络，以确定并应用重建过程的先前分配。我们的神经网络直接从合成训练样本中学习。因此，神经网络获得了对我们对重建感兴趣的对象类的特定的先前分配。特别是，我们使用了具有3D卷积层和3D注意图层的深生成的模型，这些层在来自DubBed电路库的3D合成集成电路（IC）数据上培训。我们证明，当投影角度和光子预算受到限制时，来自我们深度生成模型的前沿可以显着提高合成数据的IC重建质量，而与最大似然估计相比。使用电路库的合成IC数据训练深度生成模型说明了从机器学习之前学到的学习功能。我们预计，如果使用实验数据再现过程，机器学习的优势将持续存在。机器学习在有限角X射线断层扫描的优点可以进一步能够在低光子纳米级成像中实现应用。

基于深度学习的解决方案正在为各种应用程序成功实施。最值得注意的是，临床用例已增加了兴趣，并且是过去几年提出的一些尖端数据驱动算法背后的主要驱动力。对于诸如稀疏视图重建等应用，其中测量数据的量很少，以使获取时间短而且辐射剂量较低，降低了串联的伪像，促使数据驱动的DeNoINEDENO算法的开发，其主要目标是获得获得的主要目标。只有一个全扫描数据的子集诊断可行的图像。我们提出了WNET，这是一个数据驱动的双域denoising模型，其中包含用于稀疏视图deNoising的可训练的重建层。两个编码器 - 模型网络同时在正式和重建域中执行deno，而实现过滤后的反向投影算法的第三层则夹在前两种之间，并照顾重建操作。我们研究了该网络在稀疏视图胸部CT扫描上的性能，并突出显示了比更传统的固定层具有可训练的重建层的额外好处。我们在两个临床相关的数据集上训练和测试我们的网络，并将获得的结果与三种不同类型的稀疏视图CT CT DeNoisis和重建算法进行了比较。

光子计数CT（PCCT）通过更好的空间和能量分辨率提供了改进的诊断性能，但是开发可以处理这些大数据集的高质量图像重建方法是具有挑战性的。基于模型的解决方案结合了物理采集的模型，以重建更准确的图像，但取决于准确的前向操作员，并在寻找良好的正则化方面遇到困难。另一种方法是深度学习的重建，这在CT中表现出了巨大的希望。但是，完全数据驱动的解决方案通常需要大量的培训数据，并且缺乏解释性。为了结合两种方法的好处，同时最大程度地降低了各自的缺点，希望开发重建算法，以结合基于模型和数据驱动的方法。在这项工作中，我们基于展开/展开的迭代网络提出了一种新颖的深度学习解决方案，用于PCCT中的材料分解。我们评估了两种情况：一种学识渊博的后处理，隐含地利用了模型知识，以及一种学到的梯度，该梯度在体系结构中具有明确的基于模型的组件。借助我们提出的技术，我们解决了一个具有挑战性的PCCT模拟情况：低剂量，碘对比度和很小的训练样品支持的腹部成像中的三材料分解。在这种情况下，我们的方法的表现优于最大似然估计，一种变异方法以及一个完整的网络。

在这项工作中，我们提出了一个新的范式，用于使用降低性降低方案（包括Minibatch梯度近似和操作员草图）设计有效的深层展开网络。深度展开的网络目前是成像逆问题的最新解决方案。然而，对于高维成像任务，尤其是X射线CT和MRI成像，由于需要多次计算高维向前和邻接运算符，因此深层展开方案通常在记忆和计算方面效率低下。最近，研究人员发现，可以通过展开随机梯度下降（SGD）来部分解决此类局限性，这受到随机一阶优化的成功的启发。在这项工作中，我们基于最先进的原始偶（LPD）网络，进一步探讨了这一方向，并首先提出了更具表现力和实用的随机原始偶发性展开，也是随机原始的进一步加速 - 双曲线，使用素描技术在高维图像空间中近似产品。操作员素描可以与随机展开共同应用，以获得最佳的加速度和压缩性能。我们对X射线CT图像重建的数值实验证明了我们加速展开方案的显着有效性。

In this paper, we propose a novel deep convolutional neural network (CNN)-based algorithm for solving ill-posed inverse problems. Regularized iterative algorithms have emerged as the standard approach to ill-posed inverse problems in the past few decades. These methods produce excellent results, but can be challenging to deploy in practice due to factors including the high computational cost of the forward and adjoint operators and the difficulty of hyper parameter selection. The starting point of our work is the observation that unrolled iterative methods have the form of a CNN (filtering followed by point-wise non-linearity) when the normal operator (H * H, the adjoint of H times H) of the forward model is a convolution. Based on this observation, we propose using direct inversion followed by a CNN to solve normal-convolutional inverse problems. The direct inversion encapsulates the physical model of the system, but leads to artifacts when the problem is ill-posed; the CNN combines multiresolution decomposition and residual learning in order to learn to remove these artifacts while preserving image structure. We demonstrate the performance of the proposed network in sparse-view reconstruction (down to 50 views) on parallel beam X-ray computed tomography in synthetic phantoms as well as in real experimental sinograms. The proposed network outperforms total variation-regularized iterative reconstruction for the more realistic phantoms and requires less than a second to reconstruct a 512 × 512 image on the GPU. K.H. Jin acknowledges the support from the "EPFL Fellows" fellowship program co-funded by Marie Curie from the European Unions Horizon 2020 Framework Programme for Research and Innovation under grant agreement 665667.

本文介绍了在混合高斯 - 突破噪声条件下重建高分辨率（HR）LF图像的GPU加速计算框架。主要重点是考虑处理速度和重建质量的高性能方法。从统计的角度来看，我们得出了一个联合$ \ ell^1 $ - $ \ ell^2 $数据保真度，用于惩罚人力资源重建错误，考虑到混合噪声情况。对于正则化，我们采用了加权非本地总变异方法，这使我们能够通过适当的加权方案有效地实现LF图像。我们表明，乘数算法（ADMM）的交替方向方法可用于简化计算复杂性，并在GPU平台上导致高性能并行计算。对合成4D LF数据集和自然图像数据集进行了广泛的实验，以验证提出的SR模型的鲁棒性并评估加速优化器的性能。实验结果表明，与最先进的方法相比，我们的方法在严重的混合噪声条件下实现了更好的重建质量。此外，提议的方法克服了处理大规模SR任务的先前工作的局限性。虽然适合单个现成的GPU，但建议的加速器提供的平均加速度为2.46 $ \ times $和1.57 $ \ times $，分别为$ \ times 2 $和$ \ times 3 $ SR任务。此外，与CPU执行相比，达到$ 77 \ times $的加速。

Non-line-of-sight (NLOS) imaging aims to reconstruct the three-dimensional hidden scenes from the data measured in the line-of-sight, which uses photon time-of-flight information encoded in light after multiple diffuse reflections. The under-sampled scanning data can facilitate fast imaging. However, the resulting reconstruction problem becomes a serious ill-posed inverse problem, the solution of which is of high possibility to be degraded due to noises and distortions. In this paper, we propose two novel NLOS reconstruction models based on curvature regularization, i.e., the object-domain curvature regularization model and the dual (i.e., signal and object)-domain curvature regularization model. Fast numerical optimization algorithms are developed relying on the alternating direction method of multipliers (ADMM) with the backtracking stepsize rule, which are further accelerated by GPU implementation. We evaluate the proposed algorithms on both synthetic and real datasets, which achieve state-of-the-art performance, especially in the compressed sensing setting. All our codes and data are available at https://github.com/Duanlab123/CurvNLOS.

最近在图像重建之前被引入了深度图像。它表示要作为深度卷积神经网络的输出恢复的图像，并学习网络的参数，使得输出适合损坏的观察。尽管它令人印象深刻的重建属性，但与学到的学习或传统的重建技术相比，该方法缓慢。我们的工作开发了一个两阶段学习范式来解决计算挑战：（i）我们在合成数据集上执行网络的监督预测;（ii）我们微调网络的参数，以适应目标重建。我们展示了预先预测的预测，从实际测量的生物样本的实际微型计算机断层扫描数据中提高了随后的重建。代码和附加实验材料可在https://educateddip.github.io/docs.educated_deep_image_prior/处获得。

Our goal is to reconstruct tomographic images with few measurements and a low signal-to-noise ratio. In clinical imaging, this helps to improve patient comfort and reduce radiation exposure. As quantum computing advances, we propose to use an adiabatic quantum computer and associated hybrid methods to solve the reconstruction problem. Tomographic reconstruction is an ill-posed inverse problem. We test our reconstruction technique for image size, noise content, and underdetermination of the measured projection data. We then present the reconstructed binary and integer-valued images of up to 32 by 32 pixels. The demonstrated method competes with traditional reconstruction algorithms and is superior in terms of robustness to noise and reconstructions from few projections. We postulate that hybrid quantum computing will soon reach maturity for real applications in tomographic reconstruction. Finally, we point out the current limitations regarding the problem size and interpretability of the algorithm.

Neural networks have recently allowed solving many ill-posed inverse problems with unprecedented performance. Physics informed approaches already progressively replace carefully hand-crafted reconstruction algorithms in real applications. However, these networks suffer from a major defect: when trained on a given forward operator, they do not generalize well to a different one. The aim of this paper is twofold. First, we show through various applications that training the network with a family of forward operators allows solving the adaptivity problem without compromising the reconstruction quality significantly. Second, we illustrate that this training procedure allows tackling challenging blind inverse problems. Our experiments include partial Fourier sampling problems arising in magnetic resonance imaging (MRI), computerized tomography (CT) and image deblurring.

我们根据单个稀疏试验扫描来研究自适应设计，以生成计算机断层扫描重建的有效扫描策略。我们使用线性化的深图像提出了一种新颖的方法。它允许将试验测量的信息纳入角度选择标准，同时保持共轭高斯线性模型的障碍。在具有优先方向的合成生成的数据集上，线性化倾角设计允许将扫描数减少到相对于等距角基线的30％。