This paper aims to present the first Frequentist framework on signal region detection in high-resolution and high-order image regression problems. Image data and scalar-on-image regression are intensively studied in recent years. However, most existing studies on such topics focused on outcome prediction, while the research on image region detection is rather limited, even though the latter is often more important. In this paper, we develop a general framework named Sparse Kronecker Product Decomposition (SKPD) to tackle this issue. The SKPD framework is general in the sense that it works for both matrices (e.g., 2D grayscale images) and (high-order) tensors (e.g., 2D colored images, brain MRI/fMRI data) represented image data. Moreover, unlike many Bayesian approaches, our framework is computationally scalable for high-resolution image problems. Specifically, our framework includes: 1) the one-term SKPD; 2) the multi-term SKPD; and 3) the nonlinear SKPD. We propose nonconvex optimization problems to estimate the one-term and multi-term SKPDs and develop path-following algorithms for the nonconvex optimization. The computed solutions of the path-following algorithm are guaranteed to converge to the truth with a particularly chosen initialization even though the optimization is nonconvex. Moreover, the region detection consistency could also be guaranteed by the one-term and multi-term SKPD. The nonlinear SKPD is highly connected to shallow convolutional neural networks (CNN), particular to CNN with one convolutional layer and one fully connected layer. Effectiveness of SKPDs is validated by real brain imaging data in the UK Biobank database.


翻译:本文旨在展示第一个关于高分辨率和高阶图像回归问题的信号区域探测的频率框架。 近几年来,正在深入研究图像数据和图像中的卡路里回归问题。 然而, 大部分关于这类专题的现有研究侧重于结果预测, 而关于图像区域探测的研究则相当有限, 尽管后者往往更为重要 。 在本文件中, 我们开发了一个名为 Sprass Kronecker 产品分解( SKPD) 的总框架来解决这个问题。 SKPD 框架是一般性的, 它适用于矩阵( 如 2D 灰度图像) 和( 高阶) 变压( 例如 2D 彩色图像、 脑 MRI/ fRI 数据) 。 然而, 关于图像区域探测的研究则相当有限, 尽管后者往往更为重要 。 具体地说, 我们的框架包括:(1) 一次性SKPD;(2) 多期 SKPD; 和(3) 非线性 SKPD 框架。 我们提议, 以一线性网络化( 甚至是网络化) 来估算一次和多线状的 直径解的不连续的内变的内电算法数据, SKPD 。 SKPD 也是SKPD 的直流的直径解的直径解的直径解的直径解的直径解的直流的直流的直流的直流的直路路路路的直流数据 。 。 SKP 。 。 SKPD 。 SKP的极的直路的直路的直路的直路的直路的直路的直路的直路的直路的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达数据是, 。, 的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达数据是的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达的直达

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