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Explainable Physical PolSAR Autoencoders for Soil Moisture Estimation

Basargin, Nikita und Alonso-Gonzalez, Alberto und Hajnsek, Irena (2025) Explainable Physical PolSAR Autoencoders for Soil Moisture Estimation. In: 2025 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2025. 2025 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2025, 2025-06-11 - 2025-06-15, Nashville, USA.

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Kurzfassung

Interpretable and explainable geophysical parameter estimation from remote sensing data is essential for monitoring and forecasting the processes on the Earth's surface. However, explainable estimations are difficult to achieve with black box models, especially when the labeled datasets are small and do not cover many scenarios. Focusing on soil moisture estimation, we introduce a physical autoencoder for fully polarimetric SAR data by combining a neural encoder network with a differentiable physical model acting as a decoder. The architecture provides an interpretable physical latent space, indicates the reliability of the predicted parameters, and can be trained in self-supervised and hybrid ways. We validate the soil moisture predictions on data from two high-resolution airborne campaigns and provide a detailed comparison between purely supervised, purely physical, self-supervised, and hybrid models. Compared to a purely supervised approach, the hybrid model performs similarly on independent and identically distributed (IID) data. At the same time, the physical decoder strongly influences the hybrid model on unseen out-of-distribution (OOD) data. Furthermore, the hybrid model helps to locate areas where the physical model needs improvements. Combining machine learning and physics benefits both domains and enables new methods for geophysical parameter estimation. The source code is available at https://github.com/nbasargin/nb2025earthvision.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214180/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Explainable Physical PolSAR Autoencoders for Soil Moisture Estimation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Basargin, Nikitanikita.basargin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9173-6448NICHT SPEZIFIZIERT
Alonso-Gonzalez, AlbertoAlberto.Alonso-Gonzalez (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hajnsek, IrenaIrena.Hajnsek (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0926-3283NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2025
Erschienen in:2025 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:akzeptierter Beitrag
Stichwörter:PolSAR, physics-informed neural networks, soil moisture
Veranstaltungstitel:2025 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW 2025
Veranstaltungsort:Nashville, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:11 Juni 2025
Veranstaltungsende:15 Juni 2025
Veranstalter :IEEE / CVF
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 - Polarimetrische SAR-Interferometrie HR
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme > Radarkonzepte
Hinterlegt von: Basargin, Nikita
Hinterlegt am:28 Mai 2025 15:49
Letzte Änderung:24 Jun 2025 11:48

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