Development of Pseudo-Visible Color Conversion Technique for Satellite Thermal Infrared Images to Enhance Nighttime Disaster Monitoring

开发卫星热红外图像伪可见光颜色转换技术以增强夜间灾害监测

基本信息

批准号：
21K04584
负责人：
外岡秀行
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、夜間災害における被害状況の早期把握に資するため、夜間の衛星熱赤外画像を疑似可視カラー変換して解釈性を向上する技術の開発を目的としている。2022年度は、敵対的生成ネットワーク（GAN）の一種で、2021年度の解析で良好な結果を示したpix2pixに基づく疑似可視カラー変換法について、実際の自然災害の解釈性向上にどの程度の効果があるのかを評価するため、2018年北海道胆振東部地震において発生した大規模な土砂崩れを対象とする解析を行った。使用した画像は地震前及び後の夏季の昼間に観測されたLandsat-8号の可視・熱赤外画像であり、土砂崩れ域周辺の雲が少ない計8画像を選定した。そしてこれらに対して切り出しやデータ拡張の処理を行って計300セットの訓練データを生成した。また、これらとは別に土砂崩れ域を含む検証データを8セット生成し、うち地震後の1つをテストデータとした。そしてこれらを使って疑似可視カラー変換モデルの訓練とテストを行った結果、生成された疑似可視カラー変換画像は土砂崩れ域と植生部の色分けが適切に成されたことを確認した。また、地震前及び後から各1画像を選び、可視画像（正解画像）、熱赤外画像（入力画像）、疑似可視カラー変換画像（生成画像）の鳥瞰図を各々作成して評価したところ、熱赤外画像では地震によって土地被覆に何らかの変化が生じた可能性は示されたものの、それ以上の解釈が困難であったのに対して、疑似可視カラー変換画像では可視画像と同等の解釈性により、土砂崩れの状況を概ね判読できた。これより、昼間画像による評価では、熱赤外画像の疑似可視カラー変換画像は地滑りの被害判読に有用であることを確認した。2022年度は上記に加え、夜間熱赤外画像の疑似可視カラー変換法の開発に向けたデータセットの整備も行った。2023年度はこれらのデータを使用した手法開発を進める計画である。

这项研究的目的是开发通过将夜间卫星热红外图像转换为伪可见颜色来提高可解释性的技术，以有助于早期了解夜间灾害造成的损失。 2022年，我们研究了基于pix2pix（一种生成对抗网络（GAN））的伪可见颜色转换方法的有效性，并在2021年的分析中显示出良好的结果，以提高实际自然灾害的可解释性。为了评估情况是否如此，我们对 2018 年北海道胆振东部地震期间发生的大规模山体滑坡进行了分析。使用的图像为Landsat-8在地震前后夏季白天拍摄的可见光和热红外图像，共选取了8幅滑坡区周围云层较少的图像。通过对这些数据进行提取和数据扩展，总共生成了300组训练数据。此外，还分别生成了包括滑坡区域在内的8组验证数据，并使用了一组震后数据作为测试数据。使用这些训练和测试伪可见颜色转换模型的结果是，确认生成的伪可见颜色转换图像正确地对滑坡区域和植被区域进行了颜色编码。此外，我们还选择了震前和震后各一张图像，创建并评估了可见光图像（正确图像）、热红外图像（输入图像）和伪可见光颜色转换图像的鸟瞰图。图像（生成的图像）显示，由于地震，土地覆盖可能发生了一些变化，但进一步解释很困难，而伪可见光颜色转换图像显示出与可见光图像相同的可解释性，山体滑坡的情况可以大致解读。由此证实，在使用白天图像的评估中，热红外图像的伪可见光彩色转换图像对于解读滑坡损伤是有用的。除此之外，在2022财年，我们还准备了用于开发夜间热红外图像伪可见颜色转换方法的数据集。 2023 年，我们计划利用这些数据进行方法开发。