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Why the noise model matters: A performance gap in learned regularization

Banert, Sebastian und Brauer, Christoph und Lorenz, Dirk und Tondji, Lionel (2026) Why the noise model matters: A performance gap in learned regularization. Inverse Problems, 42 (2). Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.1088/1361-6420/ae3f4c. ISSN 0266-5611.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6420/ae3f4c

Kurzfassung

This article addresses the challenge of learning effective regularizers for linear inverse problems. We analyze and compare several types of learned variational regularization against the theoretical benchmark of the optimal affine reconstruction, i.e. the best possible affine linear map for minimizing the mean squared error. It is known that this optimal reconstruction can be achieved using Tikhonov regularization, but this requires precise knowledge of the noise covariance to properly weight the data fidelity term. However, in many practical applications, noise statistics are unknown. We therefore investigate the performance of regularization methods learned without access to this noise information, focusing on Tikhonov, Lavrentiev, and quadratic regularization. Our theoretical analysis and numerical experiments demonstrate that for non-white noise, a performance gap emerges between these methods and the optimal affine reconstruction. Furthermore, we show that these different types of regularization yield distinct results, highlighting that the choice of regularizer structure is critical when the noise model is not explicitly learned. Our findings underscore the significant value of accurately modeling or co-learning noise statistics in data-driven regularization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221375/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Why the noise model matters: A performance gap in learned regularization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Banert, Sebastianbanert (at) uni-bremen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brauer, ChristophChristoph.Brauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2913-0768NICHT SPEZIFIZIERT
Lorenz, Dirkd.lorenz (at) uni-bremen.dehttps://orcid.org/0000-0002-7419-769XNICHT SPEZIFIZIERT
Tondji, Lioneltondji (at) uni-bremen.dehttps://orcid.org/0000-0001-9992-9466NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Februar 2026
Erschienen in:Inverse Problems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:42
DOI:10.1088/1361-6420/ae3f4c
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
Name der Reihe:Special Issue in Memory of Alfred K. Louis
ISSN:0266-5611
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Tikhonov regularization, supervised learning, Lavrentiev regularization, variational regularization
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Produktionstechnologien
Standort: Stade
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Produktionstechnologien SD
Hinterlegt von: Brauer, Dr. Christoph
Hinterlegt am:15 Jun 2026 12:16
Letzte Änderung:15 Jun 2026 12:16

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