Solving inverse problems is central to a variety of important applications, such as biomedical image reconstruction and non-destructive testing. These problems are characterized by the sensitivity of direct solution methods with respect to data perturbations. To stabilize the reconstruction process, regularization methods have to be employed. Well-known regularization methods are based on frame expansions, such as the wavelet-vaguelette (WVD) decomposition, which are well adapted to the underlying signal class and the forward model and furthermore allow efficient implementation. However, it is well known that the lack of translational invariance of wavelets and related systems leads to specific artifacts in the reconstruction. To overcome this problem, in this paper we introduce and analyze the translation invariant diagonal frame decomposition (TI-DFD) of linear operators as a novel concept generalizing the SVD. We characterize ill-posedness via the TI-DFD and prove that a TI-DFD combined with a regularizing filter leads to a convergent regularization method with optimal convergence rates. As illustrative example, we construct a wavelet-based TI-DFD for one-dimensional integration, where we also investigate our approach numerically. The results indicate that filtered TI-DFDs eliminate the typical wavelet artifacts when using standard wavelets and provide a fast, accurate, and stable solution scheme for inverse problems.


翻译:解决反面问题对于生物医学图像重建和非破坏性测试等各种重要应用至关重要。这些问题的特点是对数据扰动直接解决方案方法的敏感性。为了稳定重建进程,必须采用正规化方法。众所周知的正规化方法基于框架扩展,如波盘-蒸发器(WVD)分解,这些扩展非常适合基本信号级和前方模型,而且能够更有效地实施。然而,众所周知,缺乏翻译变异的波子和相关系统导致重建中的具体文物。为了解决这一问题,我们在本文件中介绍和分析线性操作员的变异对数框架分解(TI-DFD),将其作为一个新概念,概括了SVD(T-DVD)的变形。我们通过TI-DFD(W)的分解方式将错误定性为错误,并且证明,TI-DD与常规化的过滤器一起导致以最佳汇合率的趋同法方法。作为例证,我们用基于波盘的TIDDD(TI-DD)的转化方法来克服这个问题。我们用一个典型的数字化、数字化的集式方法来说明我们如何用一个稳定化的方法来消除了。

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