Τεχνική ανίχνευσης αλλαγής κάλυψης εδάφους: Οπτικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης: Μια ανασκόπηση
Από RemoteSensing Wiki
Land Cover Detection Techniques: Very-High-Resolution Optical Images: A review
Zhiyong Lv, Jon Alti Benediktsson, Tongfei Liu and Nicola Falco
πηγή: [[1]]
Μετάφραση και περίληψη:
Εισαγωγή:
Η ανίχνευση των αλλαγών στην κάλυψη του εδάφους με εικόνες τηλεπισκόπησης είναι μια σημαντική εφαρμογή παρατήρηση των δεδομένων της γης, καθώς παρέχει πολλές πληροφορίες για το περιβάλλον, την υγεία, την υπερθέρμανση του πλανήτη και την διαχείριση της πόλης. Πιο συγκεκριμένα, οι εικόνες υψηλής ανάλυσης μπορούν να πάρουν λεπτομέρειες από ένα αντικείμενο εδάφους και έτσι να υπάρχει δυνατότητα να ανιχνευτεί με λεπτομέρεια η αλλαγή στην κάλυψη της γης. Παρόλα αυτά οι υψηλής ανάλυσης εικόνες μπορεί να παρέχουν καλή χωρική ανάλυση αλλά έχουν περιορισμένες φασματικές πληροφορίες. Επομένος, στην παρατήρηση των αλλαγών των καλύψεων του εδάφους με βέλτιστές εικόνες υψηλής ανάλυσης υπάρχει κακή απόδοση. Έχουν γίνει πολλές μελέτες τις τελευταίες δεκαετίες για να μειωθεί η θόρυβος, να μειωθούν οι ψευδοαλλαγές και να διατηρηθούν οι λεπτομέρειες των χαρτών ανίχνευσης με εικόνες υψηλής ανάλυσης. Σε αυτό το άρθρο θα γίνει μια ανασκόπηση των βασικών ζητημάτων για την κατανόηση της ανίχνευση αλλαγών κάλυψης εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης. Πολλές βασικές μεθοδολογίες συγκρίνονται με τα τρία ζεύγη πραγματικών βέλτιστων εικόνων υψηλής ανάλυσης. Τελικά, αναλύονται οι μελλοντικές προκλήσεις και οι ευκαιρίες που μπορούν να εφαρμοστούν στην ανίχνευση αλλαγών κάλυψης του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης.
Εικόνες υψηλής ανάλυσης:
Πολλές πλατφόρμες όπως το QuickBird, GeoEye, Worldview και μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα, μπορούν να καταγράψουν λεπτομέρειες εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης δεδομένης της σημαντικής προόδου της τεχνολογίας. Οι εικόνες υψηλής ανάλυσης αναφέρονται στο εύρος ανάλυσης από το υψόμετρο έως πολλά μέτρα. Αυτές οι εικόνες μπορούν να απεικονίσουν επιπρόσθετες λεπτομέρειες εδάφους ωστόσο, η υψηλή ανάλυση δεν σημαίνει αυτόματα και ακρίβεια ανίχνευσης. Μια εικόνα υψηλής ανάλυσης έχει μια λεπτή ανάλυση στο χωρικό πεδίο και μια αδρή ανάλυση στο φασματικό τομέα. Σε αυτό το άρθρο επικεντρωνόμαστε στην ανασκόπηση μεθόδων αλλαγής της κάλυψης του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης που παρέχουν μια επισκόπηση της ανάπτυξης της μεθοδολογίας.
Μεθοδολογία:
Αρχικά καθορίστηκαν κάποιοι κανόνες για να ανακτηθούν άρθρα με αλλαγή της κάλυψης του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης. Οι περιορισμοί που εφαρμόστηκαν είναι:
- Όλα τα άρθρα είναι από Web of Science και έχουν δημοσιευθεί από το 2001 μέχρι το 2019
- Οι τίτλοι πρέπει να περιέχουν «υψηλή ανάλυση» ή/και «ανίχνευση αλλαγών». Οι «διχρονικές εικόνες» και οι εικόνες τηλεπισκόπησης» χρησιμοποιήθηκαν για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων αναζήτησης
- Εάν στον τίτλο υπήρχε το «αντικείμενο» και ή «ανίχνευση αλλαγών» τότε το άρθρο αυτό επιλεγόταν για ανάλυση
Άσχετα άρθρα που αναφέρουν εντοπισμό αλλαγών με βάση ραντάρ συνθετικού διαφράγματος, βιολογικές εικόνες ή εικόνες ακτινών Χ, χαρτογράφηση καλύψεων γης εξαιρέθηκαν με μη αυτόματο τρόπο από τα αποτελέσματα. Με βάση αυτά τα κριτήρια και τους περιορισμούς επιλέχθηκαν 356 άρθρα.
Κυριότερες τεχνικές ανίχνευσης αλλαγών κάλυψης του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης:
Καθώς η ανίχνευση των αλλαγών του εδάφους αναφέρεται σε δυο εικόνες πριν και μετά της ίδιας περιοχής ή πολλές εικόνες της ίδιας περιοχής σε διαφορετικές χρονικές στιγμές απαιτείται προεπεξεργασία αυτόν. Αυτό γίνετε για την μείωση των ψευδοαλλαγών που προκαλούνται από σφάλματα γεωμετρικής ανάκλασης. Στην ανίχνευση των αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης η γεωμετρική συνεγράφη μεταξύ των εικόνων όσο αφορά την θέση είναι μια σημαντική προεπεξεργασία επειδή η λάθος καταχώριση θα φέρει προβλήματα στον χάρτη. Σε γενικές γραμμές απαιτούνται σημεία ελέγχου για την επίτευξη συνκαταχώρισης, τα σημεία αυτά συλλέγονται από παρόχους δεδομένων. Παρόλο που πολλές μελέτες έχουν αναφερθεί σε ραδιομετρική διόρθωση ως απαραίτητο βήμα προεπεξεργασία στην ανίχνευση αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης εξακολουθούν να μην είναι διαθέσιμα. Έτσι θεωρούμε ότι δεν υπάρχει ραδιομετρική διαφορά μεταξύ των δύο εικόνων. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών έδειξε ότι η χρήση χωρικών πληροφοριών μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της ανίχνευσης αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης. Η ανάλυση του γειτονικού πλαισίου έχει κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και αυτό μελετήθηκε με 4 τρόπους. Με τακτικό πλαίσιο γειτονίας, με γειτονιά πολλαπλών κλιμάκων, προσαρμοστική γειτονιά και με διανυσματικές μεθόδους μέσο υπολογιστή. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται οι 4 αυτοί τρόποι, ο ορισμός και οι τεχνικές που χρησιμοποιούν, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών.
Αποτελέσματα της ανίχνευσης αλλαγών εδάφους και της αξιολόγησης της απόδοσης:
Υπάρχουν 2 είδη χαρτών ανίχνευσης αλλαγών εδάφους σε πρακτικές εφαρμογές. Ο ένας είναι χάρτης δυαδικής αλλαγής και περιγράφει το σχήμα, το μέγεθος και περιγράφει την αλλαγή της κάλυψης της γης. Ο άλλος χάρτης είναι χάρτης ανίχνευσης πολλαπλών αλλαγών. Σε αυτήν την προσέγγιση επιτυγχάνεται απευθείας σύγκριση των χαρτών ταξινόμησης διαφορετικών χρονικών εικόνων. Συνοπτικά, η αξιολόγηση της ακρίβειας είναι ποσοτική μέτρηση. Αυτή η ποσοτική μέτρηση είναι επιτυχημένη αν συγκριθεί το αποτέλεσμα της με τον αντίστοιχο χάρτη αλήθειας του εδάφους. Στον παρακάτω πίνακα απεικονίζονται οι 9 δείκτες που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της ποσοτικής σύγκρισης.
Πειράματα:
Για να διερευνηθεί η απόδοση των προσεγγίσεων στην ανίχνευση των αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης συγκρίνονται 8 ευρέως χρησιμοποιούμενες προσεγγίσεις. Αυτές οι μέθοδοι είναι 3 χωρίς επίβλεψη και 5 εποπτευόμενες μέθοδοι. Οι αλγόριθμοι εφαρμόστηκαν σε τρία πολυχρονικά σύνολα δεδομένων. Το πρώτο ήταν από τον δορυφόρο QuickBird και τα άλλα δυο από αερομεταφερόμενες αποκτήσεις. Οι αποδόσεις κάθε αλγορίθμου αξιολογήθηκαν με τους 9 δείκτες που περιγράφονται στον πίνακα 2. Ωστόσο πολλοί διαφορετικοί δείκτες αναμένονται να συμπεριληφθούν για μια πιο ολοκληρωμένη αξιολόγηση. Αυτό που παρατηρείται είναι ότι 1) Οι διαφορετικές προσεγγίσεις έχουν ποικίλες επιδόσεις σε ανόμοια σύνολα δεδομένων και 2) διαφορετικές μέθοδοι έχουν διαφορετικές ακρίβειες για ένα συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων με όρους διαφορετικών δεικτών.
Συζήτηση:
Για την ανασκόπηση της ανίχνευσης αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης αναλύθηκαν τα άρθρα που αναφέρονται. Σε αυτά τα άρθρα συζητήθηκαν οι ακόλουθές πλευρές πάνω στην τεχνολογία, στην εφαρμογή, στα σύνολα των δεδομένων και την αξιολόγηση ακρίβειας. Προκλήσεις και ευκαιρίες:
Παρά τις πολυάριθμες προσεγγίσεις για την ανίχνευση αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης που έχουν αναπτυχθεί υπάρχουν πολλές προκλήσεις στις πρακτικές εφαρμογές. Στην μελέτη αυτή αυτά φαίνονται σαν ευκαιρίες και συζητήθηκαν από την οπτική γωνία των ερευνητών. Οι προκλήσεις και οι ευκαιρίες που παρουσιάζονται είναι οι εξής:
- Στην ραδιομετρική διόρθωση απαιτείται να δοθεί περισσότερη προσοχή
- Η ανίχνευση αλλαγών εδάφους με δύο εικόνες διαφορετικής ανάλυσης είναι ελκυστικές σε πρακτικές εφαρμογές
- Η αυτοματοποίηση των μεθόδων ανίχνευσης αλλαγών εδάφους πρέπει να βελτιωθεί σε πρακτικές εφαρμογές
- Θα αλλάξει η ανάλυση της πρόβλεψης τάσεων με εικόνες υψηλής ανάλυσης και θα γίνει ένα ενδιαφέρον θέμα σε μελλοντικές μελέτες
Συμπεράσματα:
Η ανίχνευση αλλαγών του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης παίζει μεγάλο ρόλο στην τηλεπισκόπηση. Αυτή η προσέγγιση παρέχει μια ευκαιρία να ανακαλυφθούν, να περιγράφουν και να αναλυθούν οι αλλαγές στην κάλυψη της γης. Η ταχεία ανάπτυξη της τηλεπισκόπησης έχει δώσει τη βολική διαθεσιμότητα εικόνων υψηλής ανάλυσης. Οι εικόνες αυτές έχουν μια σημαντική πηγή δεδομένων για την ανίχνευση αλλαγών της κάλυψης της γης. Είναι απαραίτητο να αυξηθεί η δημοτικότητα της ανίχνευσης των αλλαγών του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης. Σε αυτό το άρθρο αναλύθηκαν τα προβλήματα ανίχνευσης αλλαγών εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης και αναλύθηκαν ως προς τους αλγόριθμους, τα σύνολα δεδομένων και τις εφαρμογές Στην συνέχεια συζητήθηκαν οι προκλήσεις και οι ευκαιρίες. Αυτή η μελέτη μας παρέχει μια επισκόπηση των διαθέσιμων μεθόδων ανίχνευσης των αλλαγών του εδάφους με εικόνες υψηλής ανάλυσης. Τα χαρακτηριστικά των περιοχών μελέτης αναφέρονται στις αντίστοιχες μεθόδους στην βιβλιογραφία. Γενικά, πολλά ζητήματα, όπως η εφαρμογή μια προηγμένης μεθόδου ραδιομετρικής διόρθωσης στην προεπεξεργασία δύο εικόνων για τη μείωση της ραδιομετρικής διαφοράς απαιτεί περαιτέρω έρευνα και ανάλυση.
