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Detecting Changes by Learning No Changes: Data-Enclosing-Ball Minimizing Autoencoders for One-Class Change Detection in Multispectral Imagery

Mou, LiChao und Hua, Yuansheng und Saha, Sudipan und Bovolo, Francesca und Bruzzone, Lorenzo und Zhu, Xiao Xiang (2022) Detecting Changes by Learning No Changes: Data-Enclosing-Ball Minimizing Autoencoders for One-Class Change Detection in Multispectral Imagery. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 60, Seite 5629716. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TGRS.2022.3200985. ISSN 0196-2892.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
20MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9870684

Kurzfassung

Change detection is a long-standing and challenging problem in remote sensing. Very often, features about changes are difficult to model beforehand, thus making the collection of changed samples a challenging task. In comparison, it is much easier to collect numerous no-change samples. It is possible to define a change detection approach using only easily available annotated no-change samples, which we henceforth call one-class change detection. Autoencoder networks being trained on no-change data are natural candidates for addressing this task due to their superior performance when compared with other one-class classification models. However, the autoencoders usually suffer from the problem of overgeneralization, i.e., they tend to generalize too well, thus risking properly reconstructing changed samples. In this article, we propose a novel data-enclosing-ball minimizing autoencoder (DebM-AE) that is trained with dual objectives—a reconstruction error criterion and a minimum volume criterion. The network learns a compact latent space, where encodings of no-change samples have low intraclass variance, which as counterpart has the identification of changed instances. We conducted extensive experiments on three real-world datasets. Results demonstrate advantages of the proposed method over other competitors. We make our data and code publicly available ( https://gitlab.lrz.de/ai4eo/reasoning/DebM-AE; https://github.com/lcmou/DebM-AE ).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192677/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Detecting Changes by Learning No Changes: Data-Enclosing-Ball Minimizing Autoencoders for One-Class Change Detection in Multispectral Imagery
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mou, LiChaoLiChao.Mou (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hua, YuanshengYuansheng.Hua (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saha, SudipanTU MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bovolo, Francescabovolo (at) fbk.euhttps://orcid.org/0000-0003-3104-7656NICHT SPEZIFIZIERT
Bruzzone, Lorenzolorenzo.bruzzone (at) unitn.ithttps://orcid.org/0000-0002-6036-459XNICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, Xiao Xiangxiao.zhu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2022
Erschienen in:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:60
DOI:10.1109/TGRS.2022.3200985
Seitenbereich:Seite 5629716
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0196-2892
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Autoencoder network, change detection, one-class classification, remote sensing
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > EO Data Science
Hinterlegt von: Haschberger, Dr.-Ing. Peter
Hinterlegt am:20 Dez 2022 10:06
Letzte Änderung:20 Dez 2022 10:06

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