Menzione “Nicolò Copernico” per tesi innovative in Scienze e Tecnologie

Dott. Alessandro Benfenati – Matematica e Informatica

Tesi
Metodi di ottimizzazione per la regolarizzazione di immagini affette da rumore di Poisson

Motivazioni
Nella sua tesi di dottorato il Dott. Alessandro Benfenati ha analizzato il problema di ricostruzione di immagini perturbate da rumore di Poisson. In alcuni sistemi di formazione di immagini, i dati sono acquisiti mediante conteggio di particelle, in genere fotoni, incidenti il dispositivo elettronico: tale processo di conteggio può essere influenzato da un rumore sui dati rilevati, descrivibile statisticamente come un processo di Poisson. La presenza di questo rumore richiede un modello matematico discreto diverso da quello classico usato per il rumore di tipo Gaussiano. In presenza di rumore di Poisson, la funzione che misura la discrepanza tra l’immagine originale da ricostruire e i dati rilevati diventa altamente non lineare e richiede metodi particolari per il suo trattamento numerico. Questo tipo di problemi hanno assunto un crescente rilievo negli ultimi anni perché essi devono essere affrontati in svariati campi di applicazione, come la microscopia elettronica e confocale 3D, imaging biomedico (TAC, PET, SPECT) ma anche l’astronomia ottica ed ad infrarossi.

Il Dott. Alessandro Benfenati ha analizzato tre differenti approcci per la stima del parametro di regolarizzazione che interviene nell’ambito del paradigma Bayesiano per la ricostruzione di immagini. L’analisi di tali approcci ha portato allo sviluppo di metodi di minimizzazione ottimizzati per dati di tipo Poisson. In particolare, per una di queste tecniche è stata sviluppata una nuova variante che consente di ottenere buoni risultati in un minor tempo, oltretutto utilizzando una sovrastima del parametro di regolarizzazione. In particolare, il metodo permette di ottenere inoltre buone ricostruzioni di immagini astronomiche in cui sono presenti sorgenti puntiformi ad alta intensità circondate da oggetti diffusi di più bassa intensità, come ad esempio gli “Young Stellar Objects”.

Durante il suo percorso di formazione nel dottorato, il Dott. Alessandro Benfenati ha mostrato una buona predisposizione per la ricerca matematica ed ottenuto contributi significativi, che sono stati pubblicati su riviste scientifiche di alto livello e che hanno attirato l’interesse degli astronomi.
Presi nell’insieme questi aspetti innovativi nel settore della Fisica rappresentano il merito per assegnare la Menzione Copernico 2015 per tesi innovative al Dott. Alessandro Benfenati.