Lokalisierung und Klassifizierung von Lampen in hochaufgelösten nächtlichen Fernerkundungsdaten

Kurzfassung

In der vorliegenden Masterarbeit wird die automatisierte Lokalisierung von Straßenlampen in hochaufgelösten nächtlichen Fernerkundungsdaten, welche die sichtbaren Anteile des elektromagnetischen Spektrums abbilden, untersucht. Beispielhaft für die weiterführende Analyse der detektierten Lampen wird außerdem die Klassifizierung deren Leuchtmittel-Typen basierend auf spektraler Information in den zugrunde liegenden optischen Daten versucht. Bisherige Arbeiten haben bereits urbane Lichtquellen mittels Bilddaten der nächtlichen Fernerkundung analysiert, motiviert durch den hohen Informationsgehalt dieser. So können die mittels Fernerkundung erfassten Lampen beispielsweise über den Zustand von Infrastruktur und die Effizienz der elektrischen Beleuchtung Aufschluss geben. Aufgrund eines Mangels an geometrisch hochaufgelösten Fernerkundungsdaten umfassten die bisherigen Untersuchungen jedoch zumeist nicht die Differenzierung einzelner Lichtquellen, und beschränkten sich auf inzwischen überholte Analysemethoden. Das so erlangte Wissen erweitert diese Arbeit durch die explorative Anwendung verschiedener moderner Methoden der Objektdetektion auf hochaufgelöste nächtliche Fernerkundungsdaten. Im Rahmen der Arbeit wurden exemplarisch verschiedene Methoden des maschinellen Lernens für die Lokalisierung von Straßenlampen angewandt, in Kombination mit aufgabenspezifischen Vorprozessierungen. Dabei konnte mithilfe des DINO-Algorithmus, einer Transformer-basierten Detektionsmethode, trotz ungünstiger Datenlage eine Straßenlampendetektion mit einer Genauigkeit von 61,5% erzielt werden, womit die hohe domänenspezifische Performanz des Algorithmus angedeutet wurde. Neben diesem Modell wurde das Faster R-CNN getestet, welches jedoch geringere Genauigkeiten erzielte. Neben den durchgeführten Untersuchungen werden Aspekte der optischen Lichtquellen-Detektion und -Analyse diskutiert, und somit der Weg für die noch ausstehende großflächige Erschließung dieses Bereichs weiter geebnet.