Earth Observation is the gathering of information about planet Earth’s system via Remote Sensing technologies for monitoring land cover types and their changes. Through the years, image classification techniques have been widely studied and employed to extract useful information from Earth Observation data such as satellite imagery. One of the most attractive use cases is the monitoring of polar regions, that recently observed some dramatic changes due to global warming. Indeed drifting ice caps and icebergs represent threats to ship activities and navigation in polar areas, and the risk of collision with land-derived ice highlights the need to design a robust and automatic Sea-Ice classification for delivering up-to- date and accurate information. To achieve this goal, satellite data such as Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar images from the European Union’s Copernicus program can be given in input to a Deep Learning classifier based on Convolutional Neural Networks capable of giving the content categorization of such images as output. For the task at hand, the availability of labeled data is generally scarce, there- fore the problem of learning with limited labeled data must be faced. There- fore, this work aims at leveraging the broader pool of unlabeled satellite data available to open up new classification solutions. This thesis proposes a Semi-Supervised Learning approach based on Generative Adversarial Networks. Such an architecture takes in input both labeled and unlabeled data and outputs the classification results exploiting the knowledge retrieved from both the data sources. Its classification performance is evaluated and it is later compared with the Supervised Learning approach and the Transfer Learning approach based on pre-trained networks. This work empirically proves that the Semi-Supervised Generative Adversarial Networks approach outperforms the Supervised Learning method, improving its Overall Accuracy by at least 5% in configurations with less than 100 training labeled samples available in the use cases under evaluation, achieving performance comparable to the Transfer Learning approach and even over- coming it under specific experimental configurations. Further analyses are then performed to highlight the effectiveness of the proposed solution. / Jordobservation är samlingen av information om jordklotets system via fjärravkänningstekniker för övervakning av landskapstyper och deras förändringar. Under årens lopp har bildklassificeringstekniker studerats och använts för att extrahera användbar information från jordobservationsdata som satellitbilder. Ett av de mest attraktiva användningsfallen är övervakningen av polära regioner, som nyligen observerade några dramatiska förändringar på grund av den globala uppvärmningen. Driftande istäcken och isberg representerar ett verkligt hot mot fartygsaktiviteter och navigering inom polära områden, och risken för kollision med land-baserad is belyser behovet av att utforma en robust och automatisk Hav-Is-klassificering för att leverera aktuell och korrekt information. För att uppnå detta mål kan satellitdata som Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar-bilder från Europeiska unionens Copernicus-program ges som input till en Deep Learning-klassificerare baserad på Convolutional Neural Networks som kan ge innehållskategorisering av sådana bilder som output. För den aktuella uppgiften är tillgängligheten av märkt data i allmänhet otillräcklig, därför måste problemet med inlärning med begränsad mängd märkt data ställas inför rätta. Därav syftar detta arbete till att utnyttja den bredare samlingen av omärkt satellitdata som finns tillgänglig för att öppna nya klassificeringslösningar. Denna avhandling föreslår en Semi-Supervised Learning-strategi baserad på Generative Adversarial Networks. En sådan arkitektur tar som input både märkt och omärkt data, och matar ut klassificeringsresultat som utnyttjar den kunskap som hämtats från båda datakällorna. Dess klassificeringsprestanda ut- värderas och jämförs senare med tillvägagångssättet Supervised Learning och metoden Transfer Learning baserat på förtränade nätverk. Detta arbete bevisar empiriskt att Semi-Supervised Generative Adversarial Network överträffar metoden Supervised Learning och förbättrar dess totala noggrannhet med minst 5% i konfigurationer med mindre än 100 tränings- märkta prover tillgängliga i användningsfallen under utvärdering, vilket uppnår prestanda som både är jämförbar med Transfer Learning-metoden och överlägsen jämte den under specifika experimentella konfigurationer. Ytterligare analyser utförs sedan för att belysa effektiviteten hos den föreslagna lösningen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-277920 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Staccone, Francesco |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2020:209 |
Page generated in 0.0027 seconds