論文の概要: The R2D2 deep neural network series paradigm for fast precision imaging in radio astronomy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.05452v3
• Date: Wed, 1 May 2024 15:58:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-02 18:05:17.496827
• Title: The R2D2 deep neural network series paradigm for fast precision imaging in radio astronomy
• Title（参考訳）: 電波天文学における高速高精度イメージングのためのR2D2ディープニューラルネットワークシリーズパラダイム
• Authors: Amir Aghabiglou, Chung San Chu, Arwa Dabbech, Yves Wiaux,
• Abstract要約: 最近の画像再構成技術は、CLEANの能力をはるかに超えて、画像の精度が著しく向上している。 高ダイナミックレンジイメージングのためのResidual-to-Residual DNNシリーズと呼ばれる新しいディープラーニング手法を導入する。 高精度を実現するためのR2D2の能力は、超大型アレイ(VLA)を用いた様々な画像観測環境においてシミュレーションで実証されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7249361224827533
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Radio-interferometric (RI) imaging entails solving high-resolution high-dynamic range inverse problems from large data volumes. Recent image reconstruction techniques grounded in optimization theory have demonstrated remarkable capability for imaging precision, well beyond CLEAN's capability. These range from advanced proximal algorithms propelled by handcrafted regularization operators, such as the SARA family, to hybrid plug-and-play (PnP) algorithms propelled by learned regularization denoisers, such as AIRI. Optimization and PnP structures are however highly iterative, which hinders their ability to handle the extreme data sizes expected from future instruments. To address this scalability challenge, we introduce a novel deep learning approach, dubbed "Residual-to-Residual DNN series for high-Dynamic range imaging". R2D2's reconstruction is formed as a series of residual images, iteratively estimated as outputs of Deep Neural Networks (DNNs) taking the previous iteration's image estimate and associated data residual as inputs. It thus takes a hybrid structure between a PnP algorithm and a learned version of the matching pursuit algorithm that underpins CLEAN. We present a comprehensive study of our approach, featuring its multiple incarnations distinguished by their DNN architectures. We provide a detailed description of its training process, targeting a telescope-specific approach. R2D2's capability to deliver high precision is demonstrated in simulation, across a variety of image and observation settings using the Very Large Array (VLA). Its reconstruction speed is also demonstrated: with only few iterations required to clean data residuals at dynamic ranges up to 100000, R2D2 opens the door to fast precision imaging. R2D2 codes are available in the BASPLib library on GitHub.
• Abstract（参考訳）: ラジオインターフェロメトリ(RI)イメージングは、大容量データから高解像度の高ダイナミックレンジ逆問題を解決する。 最適化理論に基づく最近の画像再構成技術は、CLEANの能力をはるかに超えて、画像の精度を著しく向上させることを示した。 これらは、SARAファミリーのような手作りの正規化演算子によって推進される高度な近位アルゴリズムから、AIRIのような学習正規化復号器によって推進されるハイブリッドプラグアンドプレイ(PnP)アルゴリズムまで様々である。 しかし、最適化とPnP構造は非常に反復的であり、将来の機器から期待される極端なデータサイズを扱う能力を妨げる。 このスケーラビリティの課題に対処するために、我々は"Residual-to-Residual DNN series for High-Dynamic Range Imaging"と呼ばれる新しいディープラーニング手法を導入する。 R2D2の再構成は一連の残像として形成され、前回の反復のイメージ推定と関連するデータを入力として取り込むディープニューラルネットワーク(DNN)の出力として反復的に推定される。 これにより、PnPアルゴリズムとCLEANの基盤となるマッチング追従アルゴリズムの学習バージョンとのハイブリッド構造を取る。 本稿では,DNNアーキテクチャによって区別される複数のインカーネーションを特徴とするアプローチを包括的に検討する。 我々は、望遠鏡固有のアプローチをターゲットとした、そのトレーニングプロセスの詳細な説明を提供する。 高精度を実現するR2D2の能力は、Very Large Array (VLA) を用いた様々な画像および観測設定のシミュレーションで実証されている。 その復元速度も示される: ダイナミックレンジでデータ残基を最大100000まで掃除するのに必要なイテレーションは数回しかなく、R2D2は高速な精度の撮像のためにドアを開く。 R2D2コードはGitHubのBASPLibライブラリから入手できる。

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