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Deep learning in remote sensing: a review
Standing at the paradigm shift towards data-intensive science, machine
learning techniques are becoming increasingly important. In particular, as a
major breakthrough in the field, deep learning has proven as an extremely
powerful tool in many fields. Shall we embrace deep learning as the key to all?
Or, should we resist a 'black-box' solution? There are controversial opinions
in the remote sensing community. In this article, we analyze the challenges of
using deep learning for remote sensing data analysis, review the recent
advances, and provide resources to make deep learning in remote sensing
ridiculously simple to start with. More importantly, we advocate remote sensing
scientists to bring their expertise into deep learning, and use it as an
implicit general model to tackle unprecedented large-scale influential
challenges, such as climate change and urbanization.Comment: Accepted for publication IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazin
A Comprehensive Survey of Deep Learning in Remote Sensing: Theories, Tools and Challenges for the Community
In recent years, deep learning (DL), a re-branding of neural networks (NNs),
has risen to the top in numerous areas, namely computer vision (CV), speech
recognition, natural language processing, etc. Whereas remote sensing (RS)
possesses a number of unique challenges, primarily related to sensors and
applications, inevitably RS draws from many of the same theories as CV; e.g.,
statistics, fusion, and machine learning, to name a few. This means that the RS
community should be aware of, if not at the leading edge of, of advancements
like DL. Herein, we provide the most comprehensive survey of state-of-the-art
RS DL research. We also review recent new developments in the DL field that can
be used in DL for RS. Namely, we focus on theories, tools and challenges for
the RS community. Specifically, we focus on unsolved challenges and
opportunities as it relates to (i) inadequate data sets, (ii)
human-understandable solutions for modelling physical phenomena, (iii) Big
Data, (iv) non-traditional heterogeneous data sources, (v) DL architectures and
learning algorithms for spectral, spatial and temporal data, (vi) transfer
learning, (vii) an improved theoretical understanding of DL systems, (viii)
high barriers to entry, and (ix) training and optimizing the DL.Comment: 64 pages, 411 references. To appear in Journal of Applied Remote
Sensin
Pre-Trained Driving in Localized Surroundings with Semantic Radar Information and Machine Learning
Entlang der Signalverarbeitungskette von Radar Detektionen bis zur Fahrzeugansteuerung, diskutiert diese Arbeit eine semantischen Radar Segmentierung, einen darauf aufbauenden Radar SLAM, sowie eine im Verbund realisierte autonome Parkfunktion. Die Radarsegmentierung der (statischen) Umgebung wird durch ein Radar-spezifisches neuronales Netzwerk RadarNet erreicht. Diese Segmentierung ermöglicht die Entwicklung des semantischen Radar Graph-SLAM SERALOC. Auf der Grundlage der semantischen Radar SLAM Karte wird eine beispielhafte autonome Parkfunktionalität in einem realen Versuchsträger umgesetzt.
Entlang eines aufgezeichneten Referenzfades parkt die Funktion ausschließlich auf Basis der Radar Wahrnehmung mit bisher unerreichter Positioniergenauigkeit.
Im ersten Schritt wird ein Datensatz von 8.2 · 10^6 punktweise semantisch gelabelten Radarpunktwolken über eine Strecke von 2507.35m generiert. Es sind keine vergleichbaren Datensätze dieser Annotationsebene und Radarspezifikation öffentlich verfügbar. Das überwachte
Training der semantischen Segmentierung RadarNet erreicht 28.97% mIoU auf sechs Klassen.
Außerdem wird ein automatisiertes Radar-Labeling-Framework SeRaLF vorgestellt, welches das Radarlabeling multimodal mittels Referenzkameras und LiDAR unterstützt.
Für die kohärente Kartierung wird ein Radarsignal-Vorfilter auf der Grundlage einer Aktivierungskarte entworfen, welcher Rauschen und andere dynamische Mehrwegreflektionen unterdrückt. Ein speziell für Radar angepasstes Graph-SLAM-Frontend mit Radar-Odometrie
Kanten zwischen Teil-Karten und semantisch separater NDT Registrierung setzt die vorgefilterten semantischen Radarscans zu einer konsistenten metrischen Karte zusammen. Die Kartierungsgenauigkeit und die Datenassoziation werden somit erhöht und der erste semantische Radar Graph-SLAM für beliebige statische Umgebungen realisiert.
Integriert in ein reales Testfahrzeug, wird das Zusammenspiel der live RadarNet Segmentierung und des semantischen Radar Graph-SLAM anhand einer rein Radar-basierten autonomen Parkfunktionalität evaluiert. Im Durchschnitt über 42 autonome Parkmanöver
(∅3.73 km/h) bei durchschnittlicher Manöverlänge von ∅172.75m wird ein Median absoluter Posenfehler von 0.235m und End-Posenfehler von 0.2443m erreicht, der vergleichbare
Radar-Lokalisierungsergebnisse um ≈ 50% übertrifft. Die Kartengenauigkeit von veränderlichen, neukartierten Orten über eine Kartierungsdistanz von ∅165m ergibt eine ≈ 56%-ige Kartenkonsistenz bei einer Abweichung von ∅0.163m. Für das autonome Parken wurde ein gegebener Trajektorienplaner und Regleransatz verwendet
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