Imaging methods often rely on Bayesian statistical inference strategies to solve difficult imaging problems. Applying Bayesian methodology to imaging requires the specification of a likelihood function and a prior distribution, which define the Bayesian statistical model from which the posterior distribution of the image is derived. Specifying a suitable model for a specific application can be very challenging, particularly when there is no reliable ground truth data available. Bayesian model selection provides a framework for selecting the most appropriate model directly from the observed data, without reference to ground truth data. However, Bayesian model selection requires the computation of the marginal likelihood (Bayesian evidence), which is computationally challenging, prohibiting its use in high-dimensional imaging problems. In this work we present the proximal nested sampling methodology to objectively compare alternative Bayesian imaging models, without reference to ground truth data. The methodology is based on nested sampling, a Monte Carlo approach specialised for model comparison, and exploits proximal Markov chain Monte Carlo techniques to scale efficiently to large problems and to tackle models that are log-concave and not necessarily smooth (e.g., involving L1 or total-variation priors). The proposed approach can be applied computationally to problems of dimension O(10^6) and beyond, making it suitable for high-dimensional inverse imaging problems. It is validated on large Gaussian models, for which the likelihood is available analytically, and subsequently illustrated on a range of imaging problems where it is used to analyse different choices for the sparsifying dictionary and measurement model.


翻译:将贝叶斯测算法应用于成像,需要具体说明概率函数和先前的分布,从而定义出图像的后传分布的巴伊西亚统计模型。指定适合具体应用的模型可能非常具有挑战性,特别是在没有可靠的地面真相数据的情况下。贝伊斯模式的选择提供了一个框架,用于直接从观察到的数据中选择最合适的模型,而不必参考地面真相数据。然而,贝伊斯测算模型的选择要求计算边际可能性(拜伊西亚证据),这种可能性具有计算上的挑战性,禁止将其用于高维成像问题。在这项工作中,我们介绍了客观比较其他巴伊西亚成像模型的准嵌套抽样方法,而没有参考地面真相数据。这一方法基于嵌套式抽样,一种专门用于模型比较的蒙特卡洛方法,利用最准ximical Markov 链 蒙特卡洛 方法, 以高效率地衡量大问题,并处理有日志和不一定平稳的模型(例如,涉及L1或10号的模型),用于前期的大规模分析问题。在前的解算方法上,在高层次上,可以使用。

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