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Optimized Martian Dust Displacement Detection Using Explainable Machine Learning

Lomashvili, Ana und Rammelkamp, Kristin und Gasnault, Olivier und Bhattacharjee, Protim und Clave, Elise und Egerland, Christoph H. und Schröder, Susanne und Begüm, Demir und Lanza, Nina L. (2024) Optimized Martian Dust Displacement Detection Using Explainable Machine Learning. In: 2024 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2024, 6779 -6788. IEEE. 2024 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2024, 2024-06-16 - 2024-06-22, Seattle, WA, USA. doi: 10.1109/CVPRW63382.2024.00671. ISBN 979-8-3503-6547-4. ISSN 2160-7516.

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3MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10678028

Kurzfassung

The ChemCam instrument on the Curiosity rover performs geochemical analyses of rocks on Mars using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The shockwaves generated during the LIBS measurements sometimes shift dust from the surface of the target. The study of the Martian dust phenomena in the scope of the ChemCam instrument has the potential to provide insight into the planet's geology and aid calibration methods for data processing. In this study, we develop a pipeline, named Dust Displacement Detection (DDD), for automatic detection of dust displacement on LIBS targets based on the image dataset acquired by ChemCam. To this end, we introduce a data pre-processing methodology and test two-stage models with a pretrained model in the first stage for feature extraction and a Random Forest classifier or a Support Vector Machine as a binary classifier in the second stage. The best performing model was found to consist of the first 10 layers of VGG16 and a Random Forest classifier, achieving 92% accuracy. Additionally, we use Explainable AI (XAI) methods such as Shapley values and guided backpropagation for model optimization. The experiments show potential for model optimization, and the application examples presented encourage discussion of machine learning in the field of Martian dust research.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205157/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Optimized Martian Dust Displacement Detection Using Explainable Machine Learning
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lomashvili, Anaana.lomashvili (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rammelkamp, KristinKristin.Rammelkamp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4808-0823170602999
Gasnault, OlivierInstitut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université Toulouse III, Toulouse, Francehttps://orcid.org/0000-0002-6979-9012NICHT SPEZIFIZIERT
Bhattacharjee, Protimprotim.bhattacharjee (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Clave, Eliseelise.clave (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Egerland, Christoph H.christoph.egerland (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, SusanneSusanne.Schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1870-3663NICHT SPEZIFIZIERT
Begüm, DemirTechnical University Of BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lanza, Nina L.Los Alamos National Laboratoryhttps://orcid.org/0000-0003-4445-7996NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2024
Erschienen in:2024 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/CVPRW63382.2024.00671
Seitenbereich:6779 -6788
Verlag:IEEE
ISSN:2160-7516
ISBN:979-8-3503-6547-4
Status:veröffentlicht
Stichwörter:ChemCam; LIBS; Mars; Random Forest; Transfer Learning; XAI
Veranstaltungstitel:2024 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2024
Veranstaltungsort:Seattle, WA, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Juni 2024
Veranstaltungsende:22 Juni 2024
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - OptoRob [RO]
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > In-situ Sensing
Hinterlegt von: Lomashvili, Ana
Hinterlegt am:30 Okt 2024 08:45
Letzte Änderung:30 Okt 2024 08:45

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