This work revisits the hyperspectral super-resolution (HSR) problem, i.e., fusing a pair of spatially co-registered hyperspectral (HSI) and multispectral (MSI) images to recover a super-resolution image (SRI) that enhances the spatial resolution of the HSI. Coupled tensor decomposition (CTD)-based methods have gained traction in this domain, offering recoverability guarantees under various assumptions. Existing models such as canonical polyadic decomposition (CPD) and Tucker decomposition provide strong expressive power but lack physical interpretability. The block-term decomposition model with rank-$(L_r, L_r, 1)$ terms (the LL1 model) yields interpretable factors under the linear mixture model (LMM) of spectral images, but LMM assumptions are often violated in practice -- primarily due to nonlinear effects such as endmember variability (EV). To address this, we propose modeling spectral images using a more flexible block-term tensor decomposition with rank-$(L_r, M_r, N_r)$ terms (the LMN model). This modeling choice retains interpretability, subsumes CPD, Tucker, and LL1 as special cases, and robustly accounts for non-ideal effects such as EV, offering a balanced tradeoff between expressiveness and interpretability for HSR. Importantly, under the LMN model for HSI and MSI, recoverability of the SRI can still be established under proper conditions -- providing strong theoretical support. Extensive experiments on synthetic and real datasets further validate the effectiveness and robustness of the proposed method compared with existing CTD-based approaches.


翻译:本研究重新审视高光谱超分辨率问题,即融合一对空间配准的高光谱图像与多光谱图像,以恢复提升高光谱图像空间分辨率的超分辨率图像。基于耦合张量分解的方法在该领域受到关注,其在多种假设下提供可恢复性保证。现有模型如规范多元分解和塔克分解虽具有较强表达能力,但缺乏物理解释性。采用秩为$(L_r, L_r, 1)$项的分块项分解模型在线性混合模型框架下可产生可解释因子,但线性混合模型假设在实践中常被违反——主要源于端元可变性等非线性效应。为此,我们提出采用更灵活的秩为$(L_r, M_r, N_r)$项的分块项张量分解模型进行光谱图像建模。该建模方式保持了解释性,将规范多元分解、塔克分解和LL1模型作为特例包含其中,并能稳健处理端元可变性等非理想效应,为高光谱超分辨率提供了表达能力与解释性间的平衡折衷。重要的是,在高光谱与多光谱图像的LMN模型下,超分辨率图像的可恢复性仍可在适当条件下建立——这提供了坚实的理论支撑。在合成与真实数据集上的大量实验进一步验证了所提方法相较于现有耦合张量分解方法的有效性与鲁棒性。

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