多分辨率的深度学习方法，例如U-NET体系结构，在分类和分割图像中已经达到了高性能。但是，这些方法不能提供潜在的图像表示形式，也不能用于分解，denoise和重建图像数据。 U-NET和其他卷积神经网络（CNNS）通常使用合并来扩大接受场，这通常会导致不可逆的信息丢失。这项研究建议包括riesz-quincunx（RQ）小波变换，结合1）高阶Riesz小波变换和2）在U-NET体系结构内正交Quincunx小波（两者都用于减少医学图像中的模糊） ，以减少卫星图像及其时间序列中的噪音。在变换的特征空间中，我们提出了一种变异方法，以了解特征的随机扰动如何影响图像以进一步降低噪声。结合两种方法，我们引入了一种用于减少卫星图像中噪声的图像和时间序列分解的混合Rqunet-VAE方案。我们提出了定性和定量的实验结果，表明与其他最先进的方法相比，我们提出的Rqunet-VAE在降低卫星图像中的噪声方面更有效。我们还将我们的方案应用于多波段卫星图像的多个应用程序，包括：通过扩散和图像分割分解图像denoising，图像和时间序列分解。

仅使用少量数据学习神经网络是一个重要的研究主题，具有巨大的应用潜力。在本文中，我们介绍了基于归一化流量的成像中反问题的变异建模的常规化器。我们的常规器称为PatchNR，涉及在很少的图像的贴片上学习的正常流。特别是，培训独立于考虑的逆问题，因此可以将相同的正规化程序用于在同一类图像上作用的不同前向操作员。通过研究斑块的分布与整个图像类别的分布，我们证明我们的变分模型确实是一种地图方法。如果有其他监督信息，我们的模型可以推广到有条件的补丁。材料图像和低剂量或限量角度计算机断层扫描（CT）的层分辨率的数值示例表明，我们的方法在具有相似假设的方法之间提供了高质量的结果，但仅需要很少的数据。

Human civilization has an increasingly powerful influence on the earth system. Affected by climate change and land-use change, natural disasters such as flooding have been increasing in recent years. Earth observations are an invaluable source for assessing and mitigating negative impacts. Detecting changes from Earth observation data is one way to monitor the possible impact. Effective and reliable Change Detection (CD) methods can help in identifying the risk of disaster events at an early stage. In this work, we propose a novel unsupervised CD method on time series Synthetic Aperture Radar~(SAR) data. Our proposed method is a probabilistic model trained with unsupervised learning techniques, reconstruction, and contrastive learning. The change map is generated with the help of the distribution difference between pre-incident and post-incident data. Our proposed CD model is evaluated on flood detection data. We verified the efficacy of our model on 8 different flood sites, including three recent flood events from Copernicus Emergency Management Services and six from the Sen1Floods11 dataset. Our proposed model achieved an average of 64.53\% Intersection Over Union(IoU) value and 75.43\% F1 score. Our achieved IoU score is approximately 6-27\% and F1 score is approximately 7-22\% better than the compared unsupervised and supervised existing CD methods. The results and extensive discussion presented in the study show the effectiveness of the proposed unsupervised CD method.

由于技术成本的降低和卫星发射的增加，卫星图像变得越来越流行和更容易获得。除了提供仁慈的目的外，还可以出于恶意原因（例如错误信息）使用卫星数据。事实上，可以依靠一般图像编辑工具来轻松操纵卫星图像。此外，随着深层神经网络（DNN）的激增，可以生成属于各种领域的现实合成图像，与合成生成的卫星图像的扩散有关的其他威胁正在出现。在本文中，我们回顾了关于卫星图像的产生和操纵的最新技术（SOTA）。特别是，我们既关注从头开始的合成卫星图像的产生，又要通过图像转移技术对卫星图像进行语义操纵，包括从一种类型的传感器到另一种传感器获得的图像的转换。我们还描述了迄今已研究的法医检测技术，以对合成图像伪造进行分类和检测。虽然我们主要集中在法医技术上明确定制的，该技术是针对AI生成的合成内容物的检测，但我们还审查了一些用于一般剪接检测的方法，这些方法原则上也可以用于发现AI操纵图像

随着深度学习（DL）的出现，超分辨率（SR）也已成为一个蓬勃发展的研究领域。然而，尽管结果有希望，但该领域仍然面临需要进一步研究的挑战，例如，允许灵活地采样，更有效的损失功能和更好的评估指标。我们根据最近的进步来回顾SR的域，并检查最新模型，例如扩散（DDPM）和基于变压器的SR模型。我们对SR中使用的当代策略进行了批判性讨论，并确定了有前途但未开发的研究方向。我们通过纳入该领域的最新发展，例如不确定性驱动的损失，小波网络，神经体系结构搜索，新颖的归一化方法和最新评估技术来补充先前的调查。我们还为整章中的模型和方法提供了几种可视化，以促进对该领域趋势的全球理解。最终，这篇综述旨在帮助研究人员推动DL应用于SR的界限。

In applications such as social, energy, transportation, sensor, and neuronal networks, high-dimensional data naturally reside on the vertices of weighted graphs. The emerging field of signal processing on graphs merges algebraic and spectral graph theoretic concepts with computational harmonic analysis to process such signals on graphs. In this tutorial overview, we outline the main challenges of the area, discuss different ways to define graph spectral domains, which are the analogues to the classical frequency domain, and highlight the importance of incorporating the irregular structures of graph data domains when processing signals on graphs. We then review methods to generalize fundamental operations such as filtering, translation, modulation, dilation, and downsampling to the graph setting, and survey the localized, multiscale transforms that have been proposed to efficiently extract information from high-dimensional data on graphs. We conclude with a brief discussion of open issues and possible extensions.

以知情方式监测和管理地球林是解决生物多样性损失和气候变化等挑战的重要要求。虽然森林评估的传统或空中运动提供了在区域一级分析的准确数据，但将其扩展到整个国家，以外的高度分辨率几乎不可能。在这项工作中，我们提出了一种贝叶斯深度学习方法，以10米的分辨率为全国范围的森林结构变量，使用自由可用的卫星图像作为输入。我们的方法将Sentinel-2光学图像和Sentinel-1合成孔径雷达图像共同变换为五种不同的森林结构变量的地图：95th高度百分位，平均高度，密度，基尼系数和分数盖。我们从挪威的41个机载激光扫描任务中培训和测试我们的模型，并证明它能够概括取消测试区域，从而达到11％和15％之间的归一化平均值误差，具体取决于变量。我们的工作也是第一个提出贝叶斯深度学习方法的工作，以预测具有良好校准的不确定性估计的森林结构变量。这些提高了模型的可信度及其适用于需要可靠的信心估计的下游任务，例如知情决策。我们提出了一组广泛的实验，以验证预测地图的准确性以及预测的不确定性的质量。为了展示可扩展性，我们为五个森林结构变量提供挪威地图。

我们介绍了一种从高维时间序列数据学习潜在随机微分方程（SDES）的方法。考虑到从较低维潜在未知IT \ ^ O过程产生的高维时间序列，所提出的方法通过自我监督的学习方法学习从环境到潜在空间的映射和潜在的SDE系数。使用变形AutiaceOders的框架，我们考虑基于SDE解决方案的Euler-Maruyama近似的数据的条件生成模型。此外，我们使用最近的结果对潜在变量模型的可识别性来表明，所提出的模型不仅可以恢复底层的SDE系数，还可以在无限数据的极限中恢复底层的SDE系数，也可以最大潜在潜在变量。我们通过多个模拟视频处理任务验证方法，其中底层SDE是已知的，并通过真实的世界数据集。

Deep neural networks provide unprecedented performance gains in many real world problems in signal and image processing. Despite these gains, future development and practical deployment of deep networks is hindered by their blackbox nature, i.e., lack of interpretability, and by the need for very large training sets. An emerging technique called algorithm unrolling or unfolding offers promise in eliminating these issues by providing a concrete and systematic connection between iterative algorithms that are used widely in signal processing and deep neural networks. Unrolling methods were first proposed to develop fast neural network approximations for sparse coding. More recently, this direction has attracted enormous attention and is rapidly growing both in theoretic investigations and practical applications. The growing popularity of unrolled deep networks is due in part to their potential in developing efficient, high-performance and yet interpretable network architectures from reasonable size training sets. In this article, we review algorithm unrolling for signal and image processing. We extensively cover popular techniques for algorithm unrolling in various domains of signal and image processing including imaging, vision and recognition, and speech processing. By reviewing previous works, we reveal the connections between iterative algorithms and neural networks and present recent theoretical results. Finally, we provide a discussion on current limitations of unrolling and suggest possible future research directions.

自Venkatakrishnan等人的开创性工作以来。 2013年，即插即用（PNP）方法在贝叶斯成像中变得普遍存在。这些方法通过将显式似然函数与预定由图像去噪算法隐式定义的明确定义，导出用于成像中的逆问题的最小均方误差（MMSE）或最大后验误差（MAP）估计器。文献中提出的PNP算法主要不同于他们用于优化或采样的迭代方案。在优化方案的情况下，一些最近的作品能够保证收敛到一个定点，尽管不一定是地图估计。在采样方案的情况下，据我们所知，没有已知的收敛证明。关于潜在的贝叶斯模型和估算器是否具有明确定义，良好的良好，并且具有支持这些数值方案所需的基本规律性属性，还存在重要的开放性问题。为了解决这些限制，本文开发了用于对PNP前锋进行贝叶斯推断的理论，方法和可忽略的会聚算法。我们介绍了两个算法：1）PNP-ULA（未调整的Langevin算法），用于蒙特卡罗采样和MMSE推断; 2）PNP-SGD（随机梯度下降）用于MAP推理。利用Markov链的定量融合的最新结果，我们为这两种算法建立了详细的收敛保证，在现实假设下，在去噪运营商使用的现实假设下，特别注意基于深神经网络的遣散者。我们还表明这些算法大致瞄准了良好的决策理论上最佳的贝叶斯模型。所提出的算法在几种规范问题上证明了诸如图像去纹，染色和去噪，其中它们用于点估计以及不确定的可视化和量化。

物理驱动的深度学习方法已成为计算磁共振成像（MRI）问题的强大工具，将重建性能推向新限制。本文概述了将物理信息纳入基于学习的MRI重建中的最新发展。我们考虑了用于计算MRI的线性和非线性正向模型的逆问题，并回顾了解决这些方法的经典方法。然后，我们专注于物理驱动的深度学习方法，涵盖了物理驱动的损失功能，插件方法，生成模型和展开的网络。我们重点介绍了特定于领域的挑战，例如神经网络的实现和复杂值的构建基块，以及具有线性和非线性正向模型的MRI转换应用。最后，我们讨论常见问题和开放挑战，并与物理驱动的学习与医学成像管道中的其他下游任务相结合时，与物理驱动的学习的重要性联系在一起。

基于得分的生成模型（SGM）通过运行时间转移的随机微分方程（SDE）从高斯白噪声中合成新数据样本，其漂移系数取决于某些概率分数。此类SDE的离散化通常需要大量的时间步骤，因此需要高计算成本。这是因为我们通过数学分析的分数的不良条件特性。我们表明，通过将数据分布分配到跨尺度的小波系数的条件概率的产物中，可以将SGMS大大加速。最终的小波得分生成模型（WSGM）在所有尺度上都以相同的时间步长合成小波系数，因此其时间复杂性随着图像大小而线性增长。这在数学上是在高斯分布上证明的，并在相变和自然图像数据集中的物理过程上以数值显示。

离散的不变学习旨在在无限维函数空间中学习，其能力将功能的异质离散表示作为学习模型的输入和/或输出。本文提出了一个基于整体自动编码器（IAE-NET）的新型深度学习框架，用于离散不变学习。 IAE-NET的基本构建块由编码器和解码器组成，作为与数据驱动的内核的积分转换，以及编码器和解码器之间的完全连接的神经网络。这个基本的构建块并行地在宽的多通道结构中应用，该结构反复组成，形成了一个具有跳过连接作为IAE-NET的深度连接的神经网络。 IAE-NET接受了随机数据扩展的培训，该数据具有随机数据，以生成具有异质结构的培训数据，以促进离散化不变性学习的性能。提出的IAE-NET在预测数据科学中进行了各种应用，解决了科学计算中的前进和反向问题，以及信号/图像处理。与文献中的替代方案相比，IAE-NET在现有应用中实现了最先进的性能，并创建了广泛的新应用程序。

从X射线冠状动脉造影（XCA）图像序列中提取对比度的血管对于直觉诊断和治疗具有重要的临床意义。在这项研究中，XCA图像序列O被认为是三维张量输入，血管层H是稀疏张量，而背景层B是低级别张量。使用张量核标准（TNN）最小化，提出了一种基于张量的强稳定主成分分析（TRPCA）的新型血管层提取方法。此外，考虑了血管的不规则运动和周围无关组织的动态干扰，引入了总变化（TV）正规化时空约束，以分离动态背景E。 - 阶段区域生长（TSRG）方法用于血管增强和分割。全局阈值分割用作获得主分支的预处理，并使用ra样特征（RLF）滤波器来增强和连接破碎的小段，最终的容器掩模是通过结合两个中间结果来构建的。我们评估了TV-TRPCA算法的前景提取的可见性以及TSRG算法在真实临床XCA图像序列和第三方数据库上的血管分割的准确性。定性和定量结果都验证了所提出的方法比现有的最新方法的优越性。

图像恢复仍然是图像处理中有挑战性的任务。许多方法解决这个问题，通常通过最小化非平滑惩罚的共轨似然函数来解决。虽然解决方案很容易以理论保证来解释，但其估计依赖于可能需要时间的优化过程。考虑到图像分类和分割深度学习的研究努力，这类方法提供了一个严重的替代方案来执行图像恢复，但要挑战解决逆问题。在这项工作中，我们设计了一个名为Deeppdnet的深网络，从原始双近迭代构建，与之前的分析有关的标准惩罚可能性，允许我们利用两个世界。我们用固定图层为深度网络进行重构Condat-Vu原始 - 双混梯度（PDHG）算法的特定实例。学习的参数均为PDHG算法阶梯大小和惩罚中涉及的分析线性运算符（包括正则化参数）。允许这些参数从层变为另一个参数。提出了两种不同的学习策略：提出了“全学习”和“部分学习”，第一个是数值最有效的，而第二个是依赖于标准约束确保标准PDHG迭代中的收敛。此外，研究了全局和局部稀疏分析，以寻求更好的特征表示。我们将所提出的方法应用于MNIST和BSD68数据集上的图像恢复以及BSD100和SET14数据集的单个图像超分辨率。广泛的结果表明，建议的DeepPDNET在MNIST和更复杂的BSD68，BSD100和SET14数据集中展示了卓越的性能，用于图像恢复和单图像超分辨率任务。

神经网络的经典发展主要集中在有限维欧基德空间或有限组之间的学习映射。我们提出了神经网络的概括，以学习映射无限尺寸函数空间之间的运算符。我们通过一类线性积分运算符和非线性激活函数的组成制定运营商的近似，使得组合的操作员可以近似复杂的非线性运算符。我们证明了我们建筑的普遍近似定理。此外，我们介绍了四类运算符参数化：基于图形的运算符，低秩运算符，基于多极图形的运算符和傅里叶运算符，并描述了每个用于用每个计算的高效算法。所提出的神经运营商是决议不变的：它们在底层函数空间的不同离散化之间共享相同的网络参数，并且可以用于零击超分辨率。在数值上，与现有的基于机器学习的方法，达西流程和Navier-Stokes方程相比，所提出的模型显示出卓越的性能，而与传统的PDE求解器相比，与现有的基于机器学习的方法有关的基于机器学习的方法。

我们研究了趋势过滤的多元版本，称为Kronecker趋势过滤或KTF，因为设计点以$ D $维度形成格子。 KTF是单变量趋势过滤的自然延伸（Steidl等，2006; Kim等人，2009; Tibshirani，2014），并通过最大限度地减少惩罚最小二乘问题，其罚款术语总和绝对（高阶）沿每个坐标方向估计参数的差异。相应的惩罚运算符可以编写单次趋势过滤惩罚运营商的Kronecker产品，因此名称Kronecker趋势过滤。等效，可以在$ \ ell_1 $ -penalized基础回归问题上查看KTF，其中基本功能是下降阶段函数的张量产品，是一个分段多项式（离散样条）基础，基于单变量趋势过滤。本文是Sadhanala等人的统一和延伸结果。 （2016,2017）。我们开发了一套完整的理论结果，描述了$ k \ grone 0 $和$ d \ geq 1 $的$ k ^ {\ mathrm {th}} $ over kronecker趋势过滤的行为。这揭示了许多有趣的现象，包括KTF在估计异构平滑的功能时KTF的优势，并且在$ d = 2（k + 1）$的相位过渡，一个边界过去（在高维对 - 光滑侧）线性泡沫不能完全保持一致。我们还利用Tibshirani（2020）的离散花键来利用最近的结果，特别是离散的花键插值结果，使我们能够将KTF估计扩展到恒定时间内的任何偏离晶格位置（与晶格数量的大小无关）。

最近，由于高性能，深度学习方法已成为生物学图像重建和增强问题的主要研究前沿，以及其超快速推理时间。但是，由于获得监督学习的匹配参考数据的难度，对不需要配对的参考数据的无监督学习方法越来越兴趣。特别是，已成功用于各种生物成像应用的自我监督的学习和生成模型。在本文中，我们概述了在古典逆问题的背景下的连贯性观点，并讨论其对生物成像的应用，包括电子，荧光和去卷积显微镜，光学衍射断层扫描和功能性神经影像。

Solving variational image segmentation problems with hidden physics is often expensive and requires different algorithms and manually tunes model parameter. The deep learning methods based on the U-Net structure have obtained outstanding performances in many different medical image segmentation tasks, but designing such networks requires a lot of parameters and training data, not always available for practical problems. In this paper, inspired by traditional multi-phase convexity Mumford-Shah variational model and full approximation scheme (FAS) solving the nonlinear systems, we propose a novel variational-model-informed network (denoted as FAS-Unet) that exploits the model and algorithm priors to extract the multi-scale features. The proposed model-informed network integrates image data and mathematical models, and implements them through learning a few convolution kernels. Based on the variational theory and FAS algorithm, we first design a feature extraction sub-network (FAS-Solution module) to solve the model-driven nonlinear systems, where a skip-connection is employed to fuse the multi-scale features. Secondly, we further design a convolution block to fuse the extracted features from the previous stage, resulting in the final segmentation possibility. Experimental results on three different medical image segmentation tasks show that the proposed FAS-Unet is very competitive with other state-of-the-art methods in qualitative, quantitative and model complexity evaluations. Moreover, it may also be possible to train specialized network architectures that automatically satisfy some of the mathematical and physical laws in other image problems for better accuracy, faster training and improved generalization.The code is available at \url{https://github.com/zhuhui100/FASUNet}.

我们研究了通过机器学习从欧几里得相关函数重建光谱函数的逆问题。我们提出了一个新型的神经网络SVAE，该网络基于变异自动编码器（VAE），可以自然应用于逆问题。 SVAE的突出特征是，作为损失函数中的先验信息包含了频谱函数的地面真实值的香农 - jaynes熵项，要最小化。我们使用高斯混合模型产生的一般光谱函数训练网络。作为一项测试，我们使用由一个由一个共振峰制成的四种不同类型的物理动机函数产生的相关器，连续项和使用非相关性QCD获得的扰动光谱函数。从模拟数据测试我们发现，在大多数情况下，SVAE与重建光谱函数质量的最大熵方法（MEM）相媲美，甚至在光谱函数具有尖峰的情况下且数据数量不足的情况下，SVAE与MEM的表现相当。相关器中的点。通过在淬火晶格QCD中获得的charmonium的时间相关函数应用于$ 128^3 \ times96 $ lattices和$ 128^3 \ times48 $ lattices，我们找到了$ 128^3 \ times96 $ lattices in 0.75 $ t_c $ on 0.75 $ t_c $ on 0.75 $ t_c $，我们发现，我们找到了，我们找到了，我们找到从SVAE和MEM提取的$ \ eta_c $的共振峰值对晶格模拟中采用的时间方向（$ n_ \ tau $）的点数具有很大的依赖为了解决$ \ eta_c $的命运为1.5 $ t_c $。