数学 > 统计理论
[提交于 2025年8月25日
(v1)
,最后修订 2025年11月18日 (此版本, v3)]
标题: 相干成像中估计问题的极小极大分析
标题: Minimax Analysis of Estimation Problems in Coherent Imaging
摘要: 与磁共振成像等传统成像方式不同,这些方式通常可以用线性回归框架很好地描述,相干成像系统遵循一个显著更复杂的模型。 在这些系统中,任务是从形式为\[ {\boldsymbol y}_l = A_l X_o {\boldsymbol w}_l + {\boldsymbol z}_l, \quad l = 1, \ldots, L, \]的观测值${\boldsymbol y}_1, \ldots, {\boldsymbol y}_L \in \mathbb{R}^m$中估计未知图像${\boldsymbol x}_o \in \mathbb{R}^n$,其中$X_o = \mathrm{diag}({\boldsymbol x}_o)$是一个$n \times n$对角矩阵,${\boldsymbol w}_1, \ldots, {\boldsymbol w}_L \stackrel{\text{i.i.d.}}{\sim} \mathcal{N}(0,I_n)$表示散斑噪声,而${\boldsymbol z}_1, \ldots, {\boldsymbol z}_L \stackrel{\text{i.i.d.}}{\sim} \mathcal{N}(0,σ_z^2 I_m)$表示加性噪声。 矩阵$A_1, \ldots, A_L$是由成像系统确定的前向算子。 传统成像系统的极限通过稀疏线性回归模型得到了广泛研究。 然而,相干成像系统的极限仍大多未被探索。 我们的目标是通过表征高维设置中估计${\boldsymbol x}_o$的最小最大风险来填补这一空白。 受稀疏回归见解的启发,我们观察到${\boldsymbol x}_o$的结构在决定估计误差中起着关键作用。 在本工作中,我们采用基于覆盖数的一般结构概念,这更适合于相干成像系统。 我们证明最小最大均方误差(MSE)按\[ \frac{\max\{σ_z^4,\, m^2,\, n^2\}\, k \log n}{m^2 n L}, \]缩放,其中$k$是一个量化图像类有效复杂度的参数。
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