JP7102106B2 - Machine learning method and surface change judgment method - Google Patents
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本発明は、合成開口レーダー(Synthetic Aperture Radar:SAR)により得た2時期のSAR複素画像同士を干渉させて生成された干渉SAR画像に基づいて地表の変動を判定するシステムに用いるモデルを生成する機械学習方法、及び当該モデルを用いた地表変動判定方法に関する。 The present invention generates a model used in a system for determining ground surface fluctuations based on an interfering SAR image generated by interfering two-period SAR complex images obtained by a Synthetic Aperture Radar (SAR). The present invention relates to a machine learning method and a surface change determination method using the model.
干渉SAR解析(Interferometric SAR)は、それに用いるレーダーの波長より小さい地表の変位を測定することができ、例えば、ミリメートル単位の地表変動をモニタリングする上で有用な解析手法である。差分干渉SAR解析による解析結果は、一般的に、位相差を虹色の縞で示した干渉画像(インターフェログラム)で表され、人が当該干渉画像を目視し、例えば、地滑りなどの地表の変動を判読する。 Interferometric SAR analysis can measure the displacement of the ground surface smaller than the wavelength of the radar used for it, and is a useful analysis method for monitoring the ground surface movement in millimeters, for example. The analysis result by the differential interference SAR analysis is generally represented by an interference image (interferogram) in which the phase difference is shown by rainbow-colored stripes. Interpret the fluctuations.
干渉画像にて目的とする地表変動による変動縞を抽出するには判読者の熟練を要する。そのため、判読のための人的資源の確保が容易ではなく、判読に要するコスト、処理時間が大きくなる。また、目視判読では抽出基準が定性的にならざるを得ないため、判読結果にばらつきが生じ易く、品質の確保が容易ではない。そして以上の課題は、広域で地表変動をモニタリングすることを難しくしている。 It takes the skill of a reader to extract the fluctuation fringes due to the target surface movement from the interference image. Therefore, it is not easy to secure human resources for reading, and the cost and processing time required for reading increase. In addition, since the extraction criteria must be qualitative in visual interpretation, the interpretation results tend to vary, and it is not easy to ensure quality. And the above issues make it difficult to monitor surface changes over a wide area.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、干渉SAR画像に基づく地表変動の有無の判定の自動化を可能とする機械学習方法、及び地表変動判定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a machine learning method capable of automating the determination of the presence or absence of surface change based on an interference SAR image, and a method for determining surface change. do.
(1)本発明に係る機械学習方法は、飛翔体に搭載された合成開口レーダーにより得た2時期の地表についてのSAR画像同士を干渉処理して得た干渉SAR画像の各画素の位相差θSに基づいて画素値が定義されたn種類(nは2以上の所定数である。)の成分画像を生成する成分画像生成ステップと、所定の地表の変動についてのユーザの判読結果を取得し、複数のサンプル領域について、前記n種類の成分画像と前記判読結果とを組み合わせた学習用データを生成する学習用データ生成ステップと、前記学習用データを用いて機械学習により変動判定モデルを生成するモデル生成ステップと、を有し、第k(kはn以下の任意の自然数である。)の前記成分画像は関数pk(θ)のθ=θSでの値を画素値とし、前記各関数pk(θ)は、前記位相差の範囲に対応した幅2πラジアンの区間Dを[α-π,α+π]として、Dで連続、かつpk(α-π)=pk(α+π)であり、さらに全kについての前記pk(θ)の組で定義される座標をP(θ)と表すと、Dの両端同士以外のθ1≠θ2なる∀θ1,θ2∈Dに対してP(θ1)≠P(θ2)である。
(1) In the machine learning method according to the present invention, the phase difference θ of each pixel of the interference SAR image obtained by interfering with the SAR images of the ground surface at two periods obtained by the synthetic aperture radar mounted on the flying object. A component image generation step for generating n types of component images (n is a predetermined number of 2 or more) in which pixel values are defined based on S , and a user's interpretation result for a predetermined surface change are acquired. , A learning data generation step for generating learning data by combining the n types of component images and the interpretation result for a plurality of sample regions, and a variation determination model are generated by machine learning using the learning data. The component image having the model generation step and k (k is an arbitrary natural number of n or less) has the value of the function pk (θ) at θ = θ S as the pixel value, and each of the above. The function pk (θ) is continuous with D, with the interval D of the width 2π radian corresponding to the range of the phase difference as [α-π, α + π], and pk (α-π) = pk (α + π). If the coordinates defined by the set of pk (θ) for all k are expressed as P (θ), then θ 1 ≠ θ 2 other than both ends of D, ∀θ 1 , θ 2 ∈ D. On the other hand, P (θ 1 ) ≠ P (θ 2 ).
(2)上記(1)に記載の機械学習方法において、前記nは2であり、前記関数はsinθ及びcosθである構成とすることができる。 (2) In the machine learning method described in (1) above, the n is 2, and the functions are sinθ and cosθ.
(3)上記(1)又は(2)に記載の機械学習方法において、前記変動判定モデルは畳み込みニューラルネットワークで構成することができる。 (3) In the machine learning method according to (1) or (2) above, the fluctuation determination model can be configured by a convolutional neural network.
(4)本発明に係る地表変動判定方法は、上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の機械学習方法により生成された前記変動判定モデルを用い対象領域における地表変動を判定する方法であって、前記対象領域について生成された前記干渉SAR画像から各画素における位相差θTを抽出し、前記関数の値pk(θT)(kは前記n以下の任意の自然数である。)を画素値とする前記n種類の成分画像を生成するステップと、前記対象領域についての前記n種類の成分画像を含む入力データを前記変動判定モデルに入力して、当該対象領域について前記変動の有無の判定結果を得るステップと、を有する。
( 4 ) The surface change determination method according to the present invention determines the surface change in the target region using the change determination model generated by the machine learning method according to any one of (1) to ( 3 ) above. In the method, the phase difference θ T in each pixel is extracted from the interference SAR image generated for the target region, and the value pk (θ T ) ( k ) of the function is an arbitrary natural number equal to or less than n. ) Is used as a pixel value, and the step of generating the n types of component images and the input data including the n types of component images for the target region are input to the fluctuation determination model, and the fluctuation is described for the target region. It has a step of obtaining a determination result of the presence or absence of.
本発明によれば、干渉SAR画像に基づく地表変動の有無の判定の自動化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to automate the determination of the presence or absence of surface movement based on the interference SAR image.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)である学習システム2、及び地表変動判定システム4について、図面に基づいて説明する。学習システム2は、干渉SAR画像により得られる位相差情報に基づいて、地表変動判定システム4に用いる変動判定モデルを本発明に係る機械学習方法により生成するシステムである。一方、地表変動判定システム4は、本発明に係る地表変動判定方法により、学習システム2で生成された変動判定モデルを用いて対象領域における地表変動を判定するシステムである。本システムにより例えば、地滑りや地盤沈下などによる地表変動を判定、検出することができる。
Hereinafter, the
[学習システム]
図1は、実施形態に係る学習システム2の概略の構成を示すブロック図である。学習システム2は、学習操作部20、学習記憶部21、学習制御部22及び学習出力部23を含んで構成される。学習操作部20、学習記憶部21及び学習出力部23は学習制御部22と接続される。
[Learning system]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the
学習操作部20は学習制御部22への入力を行うためのユーザインターフェース装置であり、キーボード、マウス等からなる。学習操作部20はユーザにより操作され、サンプル領域についての変動有無の判読結果を学習制御部22に入力するほか、学習開始指示や生成された変動判定モデルの出力指示を学習制御部22に与える。
The
学習記憶部21はROM、RAM、ハードディスク等の記憶装置であり、学習制御部22で使用されるプログラムやデータを記憶する。学習記憶部21はこれらプログラム、データを学習制御部22との間で入出力する。本実施形態では学習記憶部21に記憶されるデータには、干渉SAR画像データ211、地形画像データ212、判読結果(GTデータ)213及び変動判定モデル214が含まれる。
The
干渉SAR画像データ211は、飛翔体に搭載された合成開口レーダーにより得た2時期のSAR複素画像(SAR画像)同士を干渉させて生成された干渉SAR画像のデータである。
The interference
地形画像データ212は、数値標高モデル(Digital Elevation Model:DEM)や、地形図などの地形を表す二次元情報である。
The
判読結果213は正解データ(Ground Truth:GT)であり、例えば、ユーザが干渉SAR画像データ211を判読して生成される。
The
干渉SAR画像データ211及び地形画像データ212は学習システム2による学習に際して予め学習記憶部21に記憶される。判読結果213は本実施形態では、学習システム2における学習用データの生成処理にて取得する構成としているが、学習システム2による学習処理に先行して取得して学習記憶部21に記憶してもよい。
The interference
変動判定モデル214は、学習システム2により生成される学習モデルであり、学習制御部22が機械学習にて複数のサンプル領域の学習用データを順次処理するのに合わせて更新される。
The
学習制御部22は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置を用いて構成される。また、学習制御部22を構成する演算装置はCPUに代えて、MPU(Micro-Processing Unit)や、画像処理を高速に実行するGPU(Graphics Processing Unit)等を用いてもよい。例えばGPUの機能を画像処理以外の用途に転用する技術であるGPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units)を利用して、本実施形態に係る各機能を実現してもよい。具体的には学習制御部22はコンピュータであり、当該コンピュータは学習記憶部21からプログラムを読み出して実行し、後述する成分画像生成手段221、学習用データ生成手段222、モデル生成手段223として機能する。これら学習制御部22の各手段については学習制御部22の処理に沿って後述する。
The
学習出力部23は、学習により生成された変動判定モデルを学習システム2の外部へ出力するUSB端子、CDドライブ、ネットワークアダプタ等のインターフェース回路、及びそれぞれのドライバ・プログラムからなる。本実施形態では、変動判定モデルは学習出力部23を介して地表変動判定システム4へ渡される。また、学習出力部23は、ディスプレイ、プリンタなど、ユーザが学習制御部22の動作及びその結果を把握することを可能とするユーザインターフェース装置を含み得る。
The
図2は、地表の変動判定モデルの機械学習の概略の流れを示す模式図である。2時期のSAR画像300から干渉SAR解析処理304により干渉SAR画像が生成され、干渉SAR画像データ211として学習記憶部21に記憶される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic flow of machine learning of a surface change determination model. An interference SAR image is generated from the
ここで、干渉SAR解析処理304では、干渉SAR画像から地表の変動による位相変化(変動縞)以外の影響を除去する処理を行うことができる。具体的には、干渉SAR画像には、変動縞に加え、2時期の衛星の軌道が一致しないために生じる位相変化(軌道縞および地形縞)が重畳する。そこで、干渉SARで地表変動を求める場合、軌道縞、地形縞を除去して変動縞だけを取り出す処理が行われる。例えば、地形縞はDEMからシミュレートして除去することができ、このために干渉SAR解析処理304にてDEM302を用いる。
Here, in the interference
また、大域誤差を除去フィルターなどを用いて除去するなど、干渉SAR画像からさらに誤差、ノイズを除去する処理を行ってもよい。 Further, the error and noise may be further removed from the interference SAR image, such as removing the global error by using a removal filter or the like.
学習制御部22は成分画像生成手段221として機能し、干渉SAR画像データ211の各画素の位相差θSに基づいて画素値が定義されたn種類(nは2以上の所定数である。)の成分画像を生成し、学習用データ生成手段222に渡す。本実施形態では、成分画像生成手段221は、位相差θSをsinθS,cosθSに変換する処理306を行い、当該変換済みの干渉画像308を成分画像とする。具体的には、画素値がsinθSで定義されるsin画像と、画素値がcosθSで定義されるcos画像との2種類の成分画像が生成される。
The
学習制御部22は学習用データ生成手段222として機能し、干渉SAR画像データ211が得られている領域内にて設定した複数の小領域それぞれについて学習用パッチ画像を切り出す処理310を行い、学習用データ312を生成する。
The
ここで、学習用パッチ画像を切り出す当該小領域をサンプル領域と称している。サンプル領域は例えば、ユーザにより設定される。ちなみに、サンプル領域の数は学習により十分な精度の変動判定モデルが得られる程度の比較的多数に設定される。また、基本的に各サンプル領域の大きさ・形状は共通とされる。 Here, the small area from which the learning patch image is cut out is referred to as a sample area. The sample area is set by the user, for example. By the way, the number of sample regions is set to a relatively large number so that a fluctuation judgment model with sufficient accuracy can be obtained by learning. In addition, the size and shape of each sample area are basically the same.
学習用データ312は各サンプル領域について、n種類の成分画像である変換済み干渉画像308と、地表変動の有無についてのユーザの判読結果とを組み合わせて生成される。そのために、学習用データ生成手段222は当該判読結果を取得する処理314を行う。具体的には、ユーザ判読処理314として、例えば、干渉SAR画像データ211の領域全体を学習出力部23のディスプレイに表示させて、ユーザに変動の有無を判読させ、学習操作部20から判読結果213を取得する。当該判読処理314では、干渉SAR画像データ211のほか、地形画像データ212やその他、LiDAR(Light Detection and Ranging)などの高精度のセンサにより得られたデータや現地でのGPS(Global Positioning System)を用いた計測により得られたデータなどをユーザに判断材料のデータ316として提示することができる。これらデータは、例えば、干渉SAR画像211と地形画像データ212等とを組み合わせるなど、併用して判読処理314を行うことができる。また、LiDARやGPSなどにより干渉SARより高度な計測データが得られる場合は、当該データを単体で判読処理314に用いて判読結果213を生成することもできる。ユーザは例えば、これらデータの表示倍率の拡大・縮小等の操作をしながら、変動のある箇所をマークし判読結果(GTデータ)を生成する。生成された判読結果213は学習記憶部21に記憶される。
The learning
判読結果213が得られると、学習用データ生成手段222は、干渉SAR画像データ211に対応した領域にて得られている、n種類の成分画像である変換済み干渉画像308と判読結果213とから各サンプル領域に対応する部分のデータをそれぞれパッチ画像として切り出して学習用データ312を生成する。なお、学習用データ312には、変動の解析に有用な他の情報も組み合わせることができ、例えば、本実施形態では、地形画像データ212のパッチ画像を学習用データ312に含める。
When the
学習制御部22はモデル生成手段223として機能し、多数のサンプル領域について生成された学習用データ312を用いて機械学習により変動判定モデル214を生成する。具体的には、本実施形態における機械学習は、畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network:CNN)を用いた深層学習318で行われ、学習済みのCNNが変動判定モデル214となる。なお、CNNではサンプル領域は基本的に矩形とされる。
The
学習システム2の特徴の一つは、干渉SAR画像データ211をそのまま機械学習に用いるのではなく、干渉SAR画像データ211を成分画像に変換する前処理を行い、当該成分画像を用いて学習処理を行う点にある。
One of the features of the
ここで、干渉SAR画像データ211の各画素値における位相差θを第k(kはn以下の任意の自然数である。)の成分画像の画素値に変換する関数をpk(θ)と表すと、上述の実施形態では、sin画像を第1の成分画像として、p1(θ)=sinθであり、cos画像を第2の成分画像として、p2(θ)=cosθである。
Here, the function for converting the phase difference θ at each pixel value of the interference
位相θ1とθ2との差が2πラジアン〔rad〕である2つの位相状態η1,η2は物理的に同じであるところ、干渉SAR画像データ211を用いた学習では、θ1とθ2とが異なる値であることから位相状態η1とη2とは区別して扱われてしまう。これに対し、成分画像を用いた学習では、位相差θに対応付けられる関数値の組(sinθ,cosθ)は、(sinθ1,cosθ1)=(sinθ2,cosθ2)であり、位相状態η1,η2が物理的に同じであることが考慮される点で好適であり、当該学習により生成される変動判定モデルでは判定精度の向上が図られる。
Where the two phase states η 1 and η 2 in which the difference between the phases θ 1 and θ 2 is 2π radians [rad] are physically the same, in the learning using the interference
このような前処理の効果が得られるn種類(上述したようにn≧2)の成分画像の関数pk(θ)は基本的に以下の特徴(1)~(3)を有する。ここで、位相差θを定義する幅2πradの範囲[α-π,α+π]を区間Dとする。例えば、θを0~2πで定義する場合には、α=πとして、D=[0,2π]であり、θを-π~πで定義する場合には、α=0として、D=[-π,π]となる。 The function pk (θ) of n kinds of component images (n ≧ 2 as described above) from which the effect of such pretreatment can be obtained basically has the following features (1) to (3). Here, the range [α−π, α + π] of the width 2πrad that defines the phase difference θ is defined as the interval D. For example, when θ is defined as 0 to 2π, α = π and D = [0,2π], and when θ is defined as −π to π, α = 0 and D = [ -Π, π].
(1)各関数pk(θ)は区間Dで連続であること(関数の連続性)
(2)各関数pk(θ)は区間Dの両端で同じ値となる、つまりpk(α-π)=pk(α+π)であること(関数の周期性)
(3)全kについてのpk(θ)の組で定義される座標をP(θ)と表すと、区間Dの両端同士を除いて区間D内の異なるθの値に対してP(θ)は一致しない、つまりθ1=α-πかつθ2=α+πである場合を除いてθ1<θ2なる∀θ1,θ2∈Dに対してP(θ1)≠P(θ2)であること(関数の単射性)。
(1) Each function pk (θ) is continuous in the interval D (function continuity)
(2) Each function p k (θ) has the same value at both ends of the interval D, that is, p k (α − π) = p k (α + π) (periodicity of the function).
(3) When the coordinates defined by the set of pk (θ) for all k are expressed as P (θ), P (θ) is given to different values of θ in the section D except for both ends of the section D. ) Does not match, that is, P (θ 1 ) ≠ P (θ 2 ) for ∀θ 1 , θ 2 ∈ D such that θ 1 <θ 2 unless θ 1 = α − π and θ 2 = α + π. ) (Single-shotness of the function).
なお、特徴(2)については、θが区間Dの一方端から他方端へ変化する際に、pk(θ)の値が元に戻るという意味で「周期性」と述べている。よって、関数pk(θ)が周期2πの周期関数であれば当該特徴を有する一方、関数pk(θ)は区間Dで定義されれば足り、区間D外で定義される必要はないので、関数pk(θ)は周期2πの周期関数ではない場合もある。 The feature (2) is described as "periodicity" in the sense that the value of pk (θ) returns to the original value when θ changes from one end to the other end of the section D. Therefore, if the function p k (θ) is a periodic function with a period of 2π, it has the characteristic, whereas the function p k (θ) need only be defined in the interval D and does not need to be defined outside the interval D. , The function pk (θ) may not be a periodic function with a period of 2π.
図3は上述の特徴(1)~(3)を有する関数pk(θ)の例を示すグラフであり、当該例に示す関数pk(θ)の組を用いてn種類の成分画像を定義することもできる。図3(a)に示す例はn=2の場合であり、p1(θ)及びp2(θ)は次式で表される。なお0<β<πである。
図3(b)はn=3の場合の一例を示しており、p1(θ)~p3(θ)は次式で表される。
p1(θ)=sin2θ
p2(θ)=sin3θ
p3(θ)=cosθ
FIG. 3B shows an example in the case of n = 3, and p 1 (θ) to p 3 (θ) are represented by the following equations.
p 1 (θ) = sin 2θ
p 2 (θ) = sin 3θ
p 3 (θ) = cos θ
なお、上述の実施形態では、学習用データはn種類の成分画像と判読結果とに加え地形画像データ212を含む例を示した。この構成は、生成される変動判定モデルの精度が向上することが期待できる。その一方、学習用データは地形画像データ212を含まない構成とすることもできる。
In the above-described embodiment, an example is shown in which the learning data includes
また、上述の実施形態では機械学習はCNNを用いる例を述べたが、他のアルゴリズムであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the example in which machine learning uses CNN has been described, but other algorithms may be used.
[地表変動判定システム]
図4は、実施形態に係る地表変動判定システム4の概略の構成を示すブロック図である。地表変動判定システム4は、入力部40、記憶部41、制御部42及び出力部43を含んで構成される。入力部40、記憶部41及び出力部43は制御部42と接続される。
[Ground surface change judgment system]
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the surface
入力部40は制御部42への入力を行うためのユーザインターフェース装置であり、キーボード、マウス等からなる。ユーザは入力部40を操作し、例えば、変動判定を行わせるデータや対象領域を指定し制御部42に指示する。また、入力部40は変動判定モデル214を学習システム2から入力するUSB端子、CDドライブ、ネットワークアダプタ等のインターフェース回路、及びそれぞれのドライバ・プログラムを含む。
The
記憶部41はROM、RAM、ハードディスク等の記憶装置であり、制御部42で使用されるプログラムやデータを記憶する。記憶部41はこれらプログラム、データを制御部42との間で入出力する。本実施形態では記憶部41に記憶されるデータには、干渉SAR画像データ411、地形画像データ412及び変動判定モデル413が含まれる。
The
干渉SAR画像データ411は学習システム2で用いた干渉SAR画像データ211と同様、干渉SAR画像のデータであり、変動判定を行う対象領域を含む地表範囲のデータである。
The interference
地形画像データ412は学習システム2の地形画像データ212と同様、DEMや地形図などの地形を表す二次元情報であり、変動判定を行う対象領域を含む地表範囲のデータである。
The
これら干渉SAR画像データ411及び地形画像データ412は地表変動判定システム4による変動判定に際して予め記憶部41に記憶される。
The interference
変動判定モデル413は、学習システム2により生成される学習モデルであり、学習記憶部21に記憶される変動判定モデル214を導入して用いる。
The
制御部42は、例えば、CPU等の演算装置を用いて構成される。また、制御部42を構成する演算装置はCPUに代えて、MPUやGPU等を用いてもよい。また、例えばGPGPUを利用して、本実施形態に係る各機能を実現してもよい。具体的には制御部42はコンピュータであり、当該コンピュータは記憶部41からプログラムを読み出して実行し、後述する成分画像生成手段421、判定手段422として機能する。これら制御部42の各手段については制御部42の処理に沿って後述する。
The
出力部43は、ディスプレイ、プリンタなど、ユーザが制御部42の動作及びその結果を把握することを可能とするユーザインターフェース装置である。
The
図5は、地表変動判定システム4を用いた地表の変動判定処理の概略の流れを示す模式図である。2時期のSAR画像500及びDEM502から干渉SAR解析処理504により干渉SAR画像データ411を生成する処理は、基本的に学習システム2に関し図2を用いて説明した干渉SAR画像データ211を生成する処理と同じとすることができる。本実施形態では地表変動判定システム4は、このように生成された干渉SAR画像データ411を処理対象データとして与えられるものとするが、地表変動判定システム4にてSAR画像500から干渉SAR画像データ411を生成する処理を行ってもよい。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic flow of the surface change determination process using the surface
制御部42は成分画像生成手段421として機能し、干渉SAR画像データ411の各画素の位相差θTに基づいて画素値が定義されたn種類の成分画像を生成する。この成分画像生成手段421における処理内容は、変動判定モデル413を生成した学習制御部22の成分画像生成手段221の処理内容と共通である。つまり、成分画像生成手段421における成分画像を生成する際の位相差θに対する変換処理(関数pk(θ))及び成分画像の種類の数nは、変動判定モデル413を生成した学習システム2の成分画像生成手段221と共通とされる。本実施形態では、成分画像生成手段221が位相差θSをsinθS,cosθSに変換する図2の処理306に対応して、成分画像生成手段421は干渉SAR画像データ411の位相差θTをsinθT,cosθTに変換する処理506を行い、成分画像となる変換済み干渉画像508として、画素値がsinθTで定義されるsin画像と、画素値がcosθTで定義されるcos画像との2種類を生成する。
The
成分画像生成手段421は成分画像(変換済み干渉画像508)から変動の有無を判定する対象領域の部分をパッチ画像512として切り出す処理510を行う。ここで、学習システム2での学習用データに地形画像データ212を含めた場合には、切り出し処理510にて、地形画像データ412についてのパッチ画像512も生成される。対象領域の指定に関しては、例えば、干渉SAR画像データ411が与えられた地表範囲内の特定箇所をユーザが指定することもできるし、制御部42が当該地表範囲の全体に順次、対象領域を指定する処理を行ってもよい。
The component image generation means 421 performs a
制御部42は判定手段422として機能し、対象領域における所定の地表の変動の有無を判定する。具体的には判定手段422は対象領域のパッチ画像512を変動判定モデル413の入力データとして判定処理514を行い、その出力に基づいて判定対象とする変動である地滑りの有無を判定し、例えば、地滑り候補箇所マップ516を生成する。
The
2 学習システム、4 地表変動判定システム、20 学習操作部、21 学習記憶部、22 学習制御部、23 学習出力部、40 入力部、41 記憶部、42 制御部、43 出力部、211,411 干渉SAR画像データ、212,412 地形画像データ、213 判読結果、214,413 変動判定モデル、221,421 成分画像生成手段、222 学習用データ生成手段、223 モデル生成手段、422 判定手段。 2 Learning system, 4 Ground movement judgment system, 20 Learning operation unit, 21 Learning storage unit, 22 Learning control unit, 23 Learning output unit, 40 Input unit, 41 Storage unit, 42 Control unit, 43 Output unit, 211,411 Interference SAR image data, 212,412 terrain image data, 213 interpretation results, 214,413 fluctuation determination model, 221 and 421 component image generation means, 222 learning data generation means, 223 model generation means, 422 judgment means.
Claims (4)
所定の地表の変動についてのユーザの判読結果を取得し、複数のサンプル領域について、前記n種類の成分画像と前記判読結果とを組み合わせた学習用データを生成する学習用データ生成ステップと、
前記学習用データを用いて機械学習により変動判定モデルを生成するモデル生成ステップと、を有し、
第k(kはn以下の任意の自然数である。)の前記成分画像は関数pk(θ)のθ=θSでの値を画素値とし、
前記各関数pk(θ)は、前記位相差の範囲に対応した幅2πラジアンの区間Dを[α-π,α+π]として、Dで連続、かつpk(α-π)=pk(α+π)であり、さらに全kについての前記pk(θ)の組で定義される座標をP(θ)と表すと、Dの両端同士以外のθ1≠θ2なる∀θ1,θ2∈Dに対してP(θ1)≠P(θ2)であること、
を特徴とする機械学習方法。 N types of pixel values defined based on the phase difference θ S of each pixel of the interference SAR image obtained by interfering with each other of the SAR images of the ground surface for two periods obtained by the synthetic aperture radar mounted on the flying object. A component image generation step for generating a component image of (n is a predetermined number of 2 or more), and
A learning data generation step of acquiring a user's interpretation result for a predetermined surface change and generating learning data by combining the n types of component images and the interpretation result for a plurality of sample areas.
It has a model generation step of generating a fluctuation determination model by machine learning using the training data.
In the component image of the kth (k is an arbitrary natural number of n or less), the value of the function pk (θ) at θ = θ S is used as the pixel value.
Each of the functions p k (θ) is continuous with D, with the interval D of the width 2π radian corresponding to the range of the phase difference as [α-π, α + π], and p k (α-π) = p k ( α + π), and if the coordinates defined by the set of pk (θ) for all k are expressed as P (θ), then θ 1 ≠ θ 2 other than both ends of D, ∀ θ 1 , θ 2 That P (θ 1 ) ≠ P (θ 2 ) for ∈ D,
A machine learning method characterized by.
前記nは2であり、前記関数はsinθ及びcosθであること、を特徴とする機械学習方法。 In the machine learning method according to claim 1,
A machine learning method characterized in that n is 2, and the functions are sinθ and cosθ.
前記変動判定モデルは畳み込みニューラルネットワークで構成されること、を特徴とする機械学習方法。 In the machine learning method according to claim 1 or 2.
A machine learning method characterized in that the fluctuation determination model is composed of a convolutional neural network.
前記対象領域について生成された前記干渉SAR画像から各画素における位相差θTを抽出し、前記関数の値pk(θT)(kは前記n以下の任意の自然数である。)を画素値とする前記n種類の成分画像を生成するステップと、
前記対象領域についての前記n種類の成分画像を含む入力データを前記変動判定モデルに入力して、当該対象領域について前記変動の有無の判定結果を得るステップと、
を有することを特徴とする地表変動判定方法。 A method of determining surface movements in a target area using the fluctuation determination model generated by the machine learning method according to any one of claims 1 to 3.
The phase difference θT in each pixel is extracted from the interference SAR image generated for the target region, and the value of the function p k (θ T ) (k is an arbitrary natural number of n or less) is used as the pixel value. And the step of generating the n kinds of component images
A step of inputting input data including the n types of component images of the target region into the fluctuation determination model and obtaining a determination result of the presence or absence of the fluctuation in the target region.
A method for determining surface change, which is characterized by having.
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