Алгоритм выявления случайных искажений в составе сцены на серии разновременных изображений ДЗЗ одной и той же территории

Автор: Белов Александр Михайлович, Денисова Анна Юрьевна

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Обработка изображений, распознавание образов

Статья в выпуске: 5 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

Ряд задач обработки разновременных изображений дистанционного зондирования Земли одной и той же территории требует выявления на изображении объектов, не характерных для территории и представляющих собой случайные искажения в составе сцены. К таким искажениям можно отнести облака, тени и другие объекты или результаты воздействия природных явлений, которые перекрывают часть наблюдаемой сцены или существенно меняют регистрируемую яркость объектов в её составе. Случайный характер искажений проявляется в том, что их наличие, расположение, размеры и форма зависят от времени регистрации изображений, т.е. проявляются не на всех снимках из анализируемой серии. В настоящей статье предлагается алгоритм детектирования искажений в составе сцены по серии разновременных изображений дистанционного зондирования Земли. Алгоритм основан на суперпиксельной сегментации изображений и обнаружении аномалий в многомерных потоках данных. Результатом являются маски случайных искажений в составе сценах для каждого из изображений в серии, что позволяет впоследствии в методах комплексирования данных учитывать только релевантные для сценах участки каждого из изображений...

Еще

Детектирование случайных искажений в составе сцены, комплексирование изображений дистанционного зондирования земли, суперпиксельная сегментация изображений, обнаружение аномалий в многомерных потоках данных

Короткий адрес: https://sciup.org/140246522

IDR: 140246522   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-869-885

Scene distortion detection algorithm using multitemporal remote sensing images

Multitemporal remote sensing images of a particular territory might include accidental scene distortions. Scene distortion is a significant local brightness change caused by the scene overlap with some opaque object or a natural phenomenon coincident with the moment of image capture, for example, clouds and shadows. The fact that different images of the scene are obtained at different instants of time makes the appearance, location and shape of scene distortions accidental. In this article we propose an algorithm for detecting accidental scene distortions using a dataset of multitemporal remote sensing images. The algorithm applies superpixel segmentation and anomaly detection methods to get binary images of scene distortion location for each image in the dataset. The algorithm is adapted to handle images with different spectral and spatial sampling parameters, which makes it more multipurpose than the existing solutions. The algorithm's quality was assessed using model images with scene distortions for two remote sensing systems. The experiments showed that the proposed algorithm with the optimal settings can reach a detection accuracy of about 90% and a false detection error of about 10%.

Еще

Список литературы Алгоритм выявления случайных искажений в составе сцены на серии разновременных изображений ДЗЗ одной и той же территории

  • Pasetto, D. Integration of satellite remote sensing data in ecosystem modelling at local scales: Practices and trends / D. Pasetto, S. Arenas-Castro, J. Bustamante, R. Casagrandi, N. Chrysoulakis, A.F. Cord, A. Dittrich, C. Domingo-Marimon, G. El Serafy, A. Karnieli, G.A. Kordelas, I. Manakos, L. Mari, A. Monteiro, E. Palazzi, D. Poursanidis, A. Rinaldo, S. Rinaldo, S. Terzago, A. Ziemba, G. Ziv, G.A. Kordelas // Methods in Ecology and Evolution. - 2018. - Vol. 9, Issue 8. - P. 1810-1821.
  • Аншаков, Г.П. Комплексирование гиперспектральных и мультиспектральных данных КА "Ресурс-П" для повышения их информативности / Г.П. Аншаков, А.В. Ращупкин, Ю.Н. Журавель // Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39, № 1. - С. 77-82. - DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-1-77-82
  • Белов, А.М. Спектральное и пространственное сверхразрешение при комплексировании данных ДЗЗ различных источников / А.М. Белов, А.Ю. Денисова // Компьютерная оптика. - 2018. - Т. 42, № 5. - С. 855-863. - DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-855-863
  • Денисова, А.Ю. Алгоритмы анализа линейной спектральной смеси на гиперспектральных изображениях с использованием картографической основы / А.Ю. Денисова, В.В. Мясников // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, № 2. - С. 297303.
  • Sun, L. A cloud detection algorithm-generating method for remote sensing data at visible to short-wave infrared wavelengths / L. Sun, X. Mi, J. Wei, J. Wang, X. Tian, H. Yu, P. Gan // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. - 2017. -Vol. 124. - P. 70-88.
  • Thompson, D.R. Rapid spectral cloud screening onboard aircraft and spacecraft / D.R. Thompson, R.O. Green, D. Keymeulen, S.K. Lundeen, Y. Mouradi, D.C. Nunes, R. Castano, S.A. Chien // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2014. - Vol. 52, Issue 11. - P. 6779-6792.
  • Zhu, X. An automatic method for screening clouds and cloud shadows in optical satellite image time series in cloudy regions / X. Zhu, E.H. Heimer // Remote Sensing of Environment. - 2018. - Vol. 214. - P. 135-153.
  • Li, J. High-spatial-resolution surface and cloud-type classification from MODIS multispectral band measurements / J. Li, W.P. Menzel, Z. Yang, R.A. Frey, S.A. Ackerman // Journal of Applied Meteorology. - 2003. - Vol. 42, Issue 2. - P. 204-226.
  • Luo, S. Shadow removal based on clustering correction of illumination field for urban aerial remote sensing images / S. Luo, H. Li, H. Shen // 2017 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP). - 2017. - P. 485-489.
  • Mostafa, Y. A review on various shadow detection and compensation techniques in remote sensing images / Y. Mostafa // Canadian Journal of Remote Sensing. - 2017. - Vol. 43, Issue 6. - P. 545-562.
  • Movia, A. Shadow detection and removal in RGB VHR images for land use unsupervised classification / A. Movia, A. Beinat, F. Crosilla // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. - 2016. - Vol. 119. - P. 485-495.
  • Champion, N. Automatic detection of clouds and shadows using high resolution satellite image time series / N. Champion // International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing & Spatial Information Sciences. - 2016. - Vol. 41, Issue B3. -P. 475-479.
  • Breunig, M.M. LOF: identifying density-based local outliers / M.M. Breunig, H.P. Kriegel, R.T. Ng, J. Sander // ACM Sigmod Record. - 2000. - Vol. 29, Issue 2. - P. 93-104.
  • Domingues, R. A comparative evaluation of outlier detection algorithms: Experiments and analyses / R. Domingues, M. Filippone, P. Michiardi, J. Zouaoui // Pattern Recognition. - 2018. - Vol. 74. - P. 406-421.
  • Zhao, H. Transformation from hyperspectral radiance data to data of other sensors based on spectral superresolution / H. Zhao, G. Jia, N. Li // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2010. - Vol. 48, Issue 11. - P. 3903-3912.
  • Farsiu, S. Fast and robust multiframe super resolution / S. Farsiu, M.D. Robinson, M. Elad, P. Milanfar // IEEE transactions on image processing. - 2004. - Vol. 13, Issue 10. - P. 1327-1344.
  • Student. The probable error of a mean / Student // Biometrika. - 1908. - Vol. 6, Issue 1. - P. 1-25.
  • Achanta, R. SLIC Superpixels / R. Achanta, A. Shaji, K. Smith, A. Lucchi, P. Fua, S. Susstrnnk // EPFL Technical Report. -2010. - Vol. 149300. - P. 1-15.
  • Achanta, R. SLIC superpixels compared to state-of-the-art superpixel methods / R. Achanta, A. Shaji, K. Smith, A. Lucchi, P. Fua, S. Susstrnnk // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2012. - Vol. 34, Issue 11. - P. 22742282.
  • Hartigan, J.A. Algorithm AS 136: A k-means clustering algorithm / J.A. Hartigan, M.A. Wong // Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics). - 1979. - Vol. 28, Issue 1. - P. 100-108.
  • Margulis, D. Photoshop LAB color: The canyon conundrum and other adventures in the most powerful colorspace. / D. Margulis. - Peachpit Press, 2005.
  • Vane, G. The airborne visible/infrared imaging spectrometer (AVIRIS) / G. Vane, R.O. Green, T.G. Chrien, H.T. Enmark, E.G. Hansen, W.M. Porter // Remote Sensing of Environment. - 1993. - Vol. 44, Issues 2-3. - P. 127-143.
  • Bartos, M. Cloud and shadow detection in satellite imagery. Master thesis / M. Bartos // Prague: Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering, 2017. - P. 1-57.
  • Xu, M. Cloud removal based on sparse representation via multitemporal dictionary learning / M. Xu, X. Jia, M. Pickering, A.J. Plaza // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2016. - Vol. 54, Issue 5. - P. 2998-3006.
  • Schowengerdt, R.A. Remote sensing: models and methods for image processing / R.A. Schowengerdt. - Elsevier, 2006. - 560 p.
  • Spot-7 Satellite Sensor [Электронный ресурс]. - URL: https://www.satimagingcorp.com/satellite-sensors/spot-7/ (дата обращения 09.07.2019).
  • Российская группировка ДЗЗ но состоянию на (01.03.2015 г.) // Геоматика. - 2015. - T. 1. - C. 106-112.
  • Farsiu, S. Multiframe demosaicing and super-resolution of color image / S. Farsiu, M. Elad, P. Milanfar // IEEE Transactions on Image Processing. - 2006. - Vol. 15. - P. 141-159.
  • Matlab [Электронный ресурс]. - URL: https://www.mathworks.com/products/matlab.html (дата обращения 09.07.2019).
  • Janssens, J.H.M. Outlier detection with one-class classifiers from ML and KDD / J.H.M. Janssens, I. Flesch, E.O. Postma // Proceedings of the Eighth International Conference on Machine Learning and Applications. - 2009. - P. 147-153.
Еще