In ill-posed imaging inverse problems, uncertainty quantification remains a fundamental challenge, especially in safety-critical applications. Recently, conformal prediction has been used to quantify the uncertainty that the inverse problem contributes to downstream tasks like image classification, image quality assessment, fat mass quantification, etc. While existing works handle only a scalar estimation target, practical applications often involve multiple targets. In response, we propose an asymptotically minimax approach to multi-target conformal prediction that provides tight prediction intervals while ensuring joint marginal coverage. We then outline how our minimax approach can be applied to multi-metric blind image quality assessment, multi-task uncertainty quantification, and multi-round measurement acquisition. Finally, we numerically demonstrate the benefits of our minimax method, relative to existing multi-target conformal prediction methods, using both synthetic and magnetic resonance imaging (MRI) data. Code is available at https://github.com/jwen307/multi_target_minimax.


翻译:在不适定的成像逆问题中,不确定性量化仍然是一个基本挑战,尤其是在安全关键型应用中。最近,保形预测已被用于量化逆问题对下游任务(如图像分类、图像质量评估、脂肪质量量化等)所贡献的不确定性。虽然现有工作仅处理标量估计目标,但实际应用通常涉及多个目标。为此,我们提出了一种渐近极小极大方法用于多目标保形预测,该方法在确保联合边际覆盖的同时提供紧密的预测区间。随后,我们概述了如何将我们的极小极大方法应用于多指标盲图像质量评估、多任务不确定性量化以及多轮测量采集。最后,我们使用合成数据和磁共振成像(MRI)数据,数值展示了我们的极小极大方法相对于现有多目标保形预测方法的优势。代码可在 https://github.com/jwen307/multi_target_minimax 获取。

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