Land cover classification is an important tool for preventing natural disasters, collecting environmental information, and monitoring natural resources. Hyperspectral imaging is widely used for this task thanks to sufficient spectral information. However, the curse of dimensionality, spatiotemporal variability, and lack of labeled data make it difficult to classify the land cover correctly. We propose a novel classification framework for land cover classification of hyperspectral data based on convolutional neural networks. The proposed framework naturally incorporates full spectral features with the information from neighboring pixels and has advantages over existing methods that require additional feature extraction or pre-processing steps. Empirical evaluation results show that the proposed framework provides good generalization power with classification accuracies better than (or comparable to) the most advanced existing classifiers.
Yang, Chun-Chieh;Garrido-Novell, Cristobal;Perez-Marin, Dolores;Guerrero-Ginel, Jose E.;Garrido-Varo, Ana;Cho, Hyunjeong;Kim, Moon S.
Journal of Biosystems Engineering
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v.40
no.2
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pp.153-158
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2015
Purpose: The research presented in this paper applied the chemometric analysis to the near-infrared spectral data from line-scanned hyperspectral images of beef and fish meals in animal feeds. The chemometric statistical models were developed to distinguish beef meals from fish ones. Methods: The meal samples of 40 fish meals and 15 beef meals were line-scanned to obtain hyperspectral images. The spectral data were retrieved from each of 3600 pixels in the Region of Interest (ROI) of every sample image. The wavebands spanning 969 nm to 1551 nm (across 176 spectral bands) were selected for chemometric analysis. The partial least squares regression (PLSR) and the principal component analysis (PCA) methods of the chemometric analysis were applied to the model development. The purpose of the models was to correctly classify as many beef pixels as possible while misclassified fish pixels in an acceptable amount. Results: The results showed that the success classification rates were 97.9% for beef samples and 99.4% for fish samples by the PLSR model, and 85.1% for beef samples and 88.2% for fish samples by the PCA model. Conclusion: The chemometric analysis-based PLSR and PCA models for the hyperspectral image analysis could differentiate beef meals from fish ones in animal feeds.
In order to classify Land Use/Land Cover using multispectral images, we have to give consequence to defining proper classes and selecting training sample with higher class separability. The process of satellite hyperspectral image which has a lot of bands is difficult and time-consuming. Furthermore, classification result of hyperspectral image with noise is often worse than that of a multispectral image. When selecting training fields according to the signatures in the study area, it is difficult to calculate covariance matrix in some clusters with pixels less than the number of bands. Therefore in this paper we presented an overview of feature extraction methods for classification of Hyperion data and examined effectiveness of feature extraction through the accuracy assesment of classified image. Also we evaluated the classification accuracy of optimal meaningful features by class separation distance, which is also a method for band reduction. As a result, the classification accuracies of feature-extracted image and original image are similar regardless of classifiers. But the number of bands used and computing time were reduced. The classifiers such as MLC, SAM and ECHO were used.
Image fusion is defined as making new image by merging two or more images using special algorithms. In case of remote sensing, it means fusing multispectral low-resolution remotely sensed image with panchromatic high-resolution image. Generally, hyperspectral image fusion is accomplished by utilizing fusion technique of multispectral imagery or spectral unmixing model. But, the former may distort spectral information and the latter needs endmember data or additional data, and has a problem with not preserving spatial information well. This study proposes a new algorithm based on two stage spectral unmixing model for preserving hyperspectral image's spectral information. The proposed fusion technique is implemented and tested using Hyperion and ALI images. it is shown to work well on maintaining more spatial/spectral information than the PCA/GS fusion algorithms.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.21
no.5
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pp.141-147
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2021
In this paper, in order to improve the utilization of hyperspectral large-capacity data feature information by reducing complex computations by dimension reduction of neural network inputs in embedded systems, the band selection algorithm is applied in each subset. Among feature extraction and feature selection techniques, the feature selection aim to improve the optimal number of bands suitable for datasets, regardless of wavelength range, and the time and performance, more than others algorithms. Through this experiment, although the time required was reduced by 1/3 to 1/9 times compared to the others band selection technique, meaningful results were improved by more than 4% in terms of performance through the K-neighbor classifier. Although it is difficult to utilize real-time hyperspectral data analysis now, it has confirmed the possibility of improvement.
Green vegetation is one of the most critical factors for environment conditions thorough modulating evapotranspiration and absorption of solar radiation. Thus, fractional green vegetation cover (FVC) plays an important role in observing and managing environment. Remote sensing provides a seemingly obvious data source for quantifying FVC over large area. Therefore we compared a set of methods for estimating FVC using hyperspectral remote sensing data. For our study, we used Hyperion imagery acquired in April, 2002. In order to achieve our efforts, we analyzed simple NDVI-based method and spectral mixture analysis (SMA) models that were applied a variety of combinations of possible endmembers.
The analysis of hyperspectral characteristics of materials near the South Han River has been conducted using riverside area measurements by drone installed hyperspectral sensors. Each spectrum reflectance of the riverside materials were compared and analyzed which were consisted of grass, concrete, soil, etc. To verify the drone installed hyperspectral measurements, a ground spectrometer was deployed for field measurements and comparisons for the materials. The comparison results showed that the riverside materials had their unique hyperspectral band characteristics, and the field measurements were similar to the remote sensing data. For the classification of the riverside area, the K-means clustering method and SVM classification method were utilized. The supervised SVM method showed accurate classification of the riverside area than the unsupervised K-means method. Using classification and clustering methods, the inherent spectral characteristic for each material was found to classify the riverside materials of hyperspectral images from drones.
Jang, Si Hyeong;Cho, Jung Gun;Han, Jeom Hwa;Jeong, Jae Hoon;Lee, Seul Ki;Lee, Dong Yong;Lee, Kwang Sik
Journal of Bio-Environment Control
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v.31
no.4
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pp.384-392
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2022
The objective of this study was to estimated nitrogen content and chlorophyll using RGB, Hyperspectral sensors to diagnose of nitrogen nutrition in apple tree leaves. Spectral data were acquired through image processing after shooting with high resolution RGB and hyperspectral sensor for two-year-old 'Hongro/M.9' apple. Growth data measured chlorophyll and leaf nitrogen content (LNC) immediately after shooting. The growth model was developed by using regression analysis (simple, multi, partial least squared) with growth data (chlorophyll, LNC) and spectral data (SPAD meter, color vegetation index, wavelength). As a result, chlorophyll and LNC showed a statistically significant difference according to nitrogen fertilizer level regardless of date. Leaf color became pale as the nutrients in the leaf were transferred to the fruit as over time. RGB sensor showed a statistically significant difference at the red wavelength regardless of the date. Also hyperspectral sensor showed a spectral difference depend on nitrogen fertilizer level for non-visible wavelength than visible wavelength at June 10th and July 14th. The estimation model performance of chlorophyll, LNC showed Partial least squared regression using hyperspectral data better than Simple and multiple linear regression using RGB data (Chlorophyll R2: 81%, LNC: 81%). The reason is that hyperspectral sensor has a narrow Full Half at Width Maximum (FWHM) and broad wavelength range (400-1,000 nm), so it is thought that the spectral analysis of crop was possible due to stress cause by nitrogen deficiency. In future study, it is thought that it will contribute to development of high quality and stable fruit production technology by diagnosis model of physiology and pest for all growth stage of tree using hyperspectral imagery.
Processing techniques of remote sensed image data using computer have been recognized very necessary techniques to all social fields, such as, environmental observation, land cultivation, resource investigation, military trend grasp and agricultural product estimation, etc. Especially, accurate classification and analysis to remote sensed image da are important elements that can determine reliability of remote sensed image data processing systems, and many researches have been processed to improve these accuracy of classification and analysis. Traditionally, remote sensed image data processing systems have been processed 2 or 3 selected bands in multiple bands, in this time, their selection criterions are statistical separability or wavelength properties. But, it have be bring up the necessity of bands selection method by data distribution characteristics than traditional bands selection by wavelength properties or statistical separability. Because data sensing environments change from multispectral environments to hyperspectral environments. In this paper for efficient data classification in multispectral bands environment, a band feature extraction method using the Rough sets theory is proposed. First, we make a look up table from training data, and analyze the properties of experimental multispectral image data, then select the efficient band using indiscernibility relation of Rough set theory from analysis results. Proposed method is applied to LANDSAT TM data on 2 June 1992. From this, we show clustering trends that similar to traditional band selection results by wavelength properties, from this, we verify that can use the proposed method that centered on data properties to select the efficient bands, though data sensing environment change to hyperspectral band environments.
Sun glint correction methods of hyperspectral data that have been developed so far have not considered the various situations and are often adequate for only certain conditions. Also there is an inaccurate assumption that the signal in NIR wavelength is zero. Therefore, this study attempts to analyze the NIR spectral properties of sun glint effect in coastal waters. For the analysis, CASI-1500 airborne hyperspectral data, bathymetry data and in-situ data obtained at coastal area near Sin-Cheon, Jeju Island, South Korea were used. The spectral characteristics of radiance and reflectance at the five NIR wavelengths (744 nm, 758 nm, 772 nm, 786 nm, and 801 nm) are analyzed by using various statistics, spatial and spectral variation of sun-glinted area under conditions of the bottom types of benthos, barren rocks and sand with similar water depth. Through the quantitative analysis, we found that the relation of water depth or bottom type with sun glint is relatively less which is a similar result with the previous studies. However the sun glint are distributed similarly with the patterns of the direction of wave propagation. It is confirmed that the areas with changed direction of wave propagation were not affected by the sun glint. The spatial and spectral variations of radiance and reflectance are mainly caused by the effect of sun glint and waves. The radiance or reflectance of more sun-glinted areas are increased approximately 1.5 times and the standard deviations are also increased three times compared to the less sun glinted areas. Through this study, the further studies of sun glint correction method in coastal water using the patterns of wave propagation and diffraction will be placed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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