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电气工程与系统科学 > 图像与视频处理

arXiv:2507.13339 (eess)
[提交于 2025年7月17日 ]

标题: 光谱提升:用于自监督高光谱图像超分辨率的物理引导光谱反演网络

标题: SpectraLift: Physics-Guided Spectral-Inversion Network for Self-Supervised Hyperspectral Image Super-Resolution

Authors:Ritik Shah, Marco F. Duarte
摘要: 高空间分辨率的高光谱图像(HSI)在遥感和医学成像等应用中至关重要,但HSI传感器本质上会牺牲空间细节以换取光谱丰富性。 将高空间分辨率的多光谱图像(HR-MSI)与低空间分辨率的高光谱图像(LR-HSI)融合,是一种有前景的方法,可以在不牺牲光谱保真度的情况下恢复精细的空间结构。 大多数最先进的HSI-MSI融合方法需要点扩散函数(PSF)校准或真实世界中的高分辨率HSI(HR-HSI),而这两者在实际环境中都难以获得。 我们提出了SpectraLift,这是一个完全自监督的框架,仅使用MSI的光谱响应函数(SRF)来融合LR-HSI和HR-MSI输入。 SpectraLift通过($i$)~一个通过将SRF应用于LR-HSI得到的合成低空间分辨率多光谱图像(LR-MSI)作为输入,($ii$)~LR-HSI作为输出,以及($iii$)~估计值与真实LR-HSI之间的$\ell_1$光谱重建损失作为优化目标,训练一个轻量级的逐像素多层感知机(MLP)网络。 在推理时,SpectraLift使用训练好的网络将HR-MSI逐像素映射为HR-HSI估计值。 SpectraLift在几分钟内收敛,对空间模糊和分辨率无关,且在PSNR、SAM、SSIM和RMSE基准测试中优于最先进的方法。
摘要: High-spatial-resolution hyperspectral images (HSI) are essential for applications such as remote sensing and medical imaging, yet HSI sensors inherently trade spatial detail for spectral richness. Fusing high-spatial-resolution multispectral images (HR-MSI) with low-spatial-resolution hyperspectral images (LR-HSI) is a promising route to recover fine spatial structures without sacrificing spectral fidelity. Most state-of-the-art methods for HSI-MSI fusion demand point spread function (PSF) calibration or ground truth high resolution HSI (HR-HSI), both of which are impractical to obtain in real world settings. We present SpectraLift, a fully self-supervised framework that fuses LR-HSI and HR-MSI inputs using only the MSI's Spectral Response Function (SRF). SpectraLift trains a lightweight per-pixel multi-layer perceptron (MLP) network using ($i$)~a synthetic low-spatial-resolution multispectral image (LR-MSI) obtained by applying the SRF to the LR-HSI as input, ($ii$)~the LR-HSI as the output, and ($iii$)~an $\ell_1$ spectral reconstruction loss between the estimated and true LR-HSI as the optimization objective. At inference, SpectraLift uses the trained network to map the HR-MSI pixel-wise into a HR-HSI estimate. SpectraLift converges in minutes, is agnostic to spatial blur and resolution, and outperforms state-of-the-art methods on PSNR, SAM, SSIM, and RMSE benchmarks.
主题: 图像与视频处理 (eess.IV) ; 计算机视觉与模式识别 (cs.CV)
引用方式: arXiv:2507.13339 [eess.IV]
  (或者 arXiv:2507.13339v1 [eess.IV] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13339
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Ritik Shah [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 17 日 17:57:18 UTC (16,339 KB)
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