Image reconstruction using deep learning algorithms offers improved reconstruction quality and lower reconstruction time than classical compressed sensing and model-based algorithms. Unfortunately, clean and fully sampled ground-truth data to train the deep networks is often not available in several applications, restricting the applicability of the above methods. This work introduces the ENsemble Stein's Unbiased Risk Estimate (ENSURE) framework as a general approach to train deep image reconstruction algorithms without fully sampled and noise-free images. The proposed framework is the generalization of the classical SURE and GSURE formulation to the setting where the images are sampled by different measurement operators, chosen randomly from a set. We show that the ENSURE loss function, which only uses the measurement data, is an unbiased estimate for the true mean-square error. Our experiments show that the networks trained with this loss function can offer reconstructions comparable to the supervised setting. While we demonstrate this framework in the context of MR image recovery, the ENSURE framework is generally applicable to arbitrary inverse problems.


翻译:利用深层学习算法进行图像重建,比经典压缩感测法和模型算法的重建质量更高,重建时间也更低。 不幸的是,在几种应用中,用于培训深层网络的清洁和完全抽样的地面真实数据往往不具备,限制了上述方法的适用性。这项工作引入了ENsemble Stein的无偏见风险估计(ENSURE)框架,作为在没有完全抽样和无噪音图像的情况下培训深层图像重建算法的一般方法。拟议框架是将古典SURS和GSURE的配方概括到由不同测量操作员从一组中随机选取的图像取样的设置中。我们显示,只使用测量数据的ENSURE损失功能是真实平均错误的不偏重估计。我们的实验表明,受这种损失函数训练的网络可以提供与受监督环境相仿的重建。虽然我们用MR图像恢复来展示这一框架,但ENSURE框架一般适用于任意反向问题。

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