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Uncertainty Quantification with Deep Ensemble methods for Super-Resolution of Sentinel 2 Satellite Images

Iagaru, David und Gottschling, Nina Maria (2023) Uncertainty Quantification with Deep Ensemble methods for Super-Resolution of Sentinel 2 Satellite Images. 42nd International Workshop on Bayesian Inference and Maximum Entropy Methods in Science and Engineering, 2023-07-03 - 2023-07-07, München, Deutschland.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
8MB

Kurzfassung

The recently deployed Sentinel-2 satellite constellation produces images in 13 wavelength bands with a Ground Sampling Distance (GSD) of 10m, 20m and 60m. Super-resolution aims to generate all 13 bands with a spatial resolution of 10m. This paper investigates the performance of DSen2, a proposed convolutional neural network (CNN) based method, to tackle super-resolution, in terms of accuracy and uncertainty. As the optimization problem for obtaining the weights of a CNN is highly non-convex, there are multiple different local minima for the loss function. This results in several possible CNN models with different weights and, thus, implies epistemic ncertainty. In this work methods to quantify epistemic uncertainty, coined weighted deep ensembles (WDESen2) and its variants, are proposed. It allows to quantify predictive uncertainty estimates and, moreover, to improve the accuracy of the prediction by selective prediction. It consists of considering deep ensembles, where each model’s importance can be weighted depending on the model’s validation loss. We show that weighted deep ensembles improve the accuracy of the prediction, compared to state of the art methods and deep ensembles. Moreover, the uncertainties can be linked to the underlying inverse problem and physical patterns on the ground. This allows to improve the trustworthiness of CNN predictions and the predictive accuracy with selective prediction

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197532/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Uncertainty Quantification with Deep Ensemble methods for Super-Resolution of Sentinel 2 Satellite Images
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Iagaru, Daviddavid.iagaru (at) student-cs.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gottschling, Nina Marianina-maria.gottschling (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2023
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 1-9
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Künstliche Intelligenz, Ensemble Methoden, Deep Learning
Veranstaltungstitel:42nd International Workshop on Bayesian Inference and Maximum Entropy Methods in Science and Engineering
Veranstaltungsort:München, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:3 Juli 2023
Veranstaltungsende:7 Juli 2023
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Künstliche Intelligenz
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > EO Data Science
Hinterlegt von: Gottschling, Nina Maria
Hinterlegt am:17 Okt 2023 11:44
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:57

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