Deep Hyperspectral and Multispectral Image Fusion via Probabilistic Matrix Factorization

高光谱成像 计算机科学 多光谱图像 人工智能 模式识别(心理学) 矩阵分解 图像融合 非负矩阵分解 概率逻辑 高斯过程 卷积神经网络 高斯分布 图像(数学) 特征向量 物理 量子力学
作者
Baihong Lin,Yulan Guo
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:61: 1-14 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tgrs.2023.3244992
摘要

Deep learning methods are popular for hyperspectral and multispectral image (HSI-MSI) fusion to obtain a high-resolution hyperspectral image. However, most of them are unsatisfactory due to limited generalization ability and poor interpretability. This paper proposes a highly-interpretable deep HSI-MSI fusion method based on Probabilistic Matrix Factorization (PMF) under the Bayesian framework. In the proposed method, a hyperspectral image is factorized into two matrices, namely, the Gaussian-prior-regularized spectral matrix and the deep-prior-regularized abundance matrix. Then, we split the optimization process into two meaningful iterative updating steps: updating the spectral matrix based on least squares estimation, and updating the abundance matrix based on a CNN-based Gaussian denoiser for 2D gray images. To improve the generalization ability, we provide solutions for selections of hyper-parameters, CNN-based denoiser architecture and training strategy. Using the given solutions, the proposed fusion method can be trained with 2D images once and then used to fuse different types of HSI and MSI excellently. Experiments on three datasets demonstrate that the proposed fusion method has good fusion performance and high generalization ability compared with other state-of-the-art methods. The source code will be available at https://github.com/KevinBHLin/.
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