Clustering flyash particles using image processing techniques

Fly ash is one of the residues generated in combustion, and comprises the fine particles that rise with the flue gases. In the US about 43% is recycled and is often used to supplement Portland cement in concrete production. Fly ash can improve the concrete's mechanical properties and decrease cost. Depending upon the source and makeup of the coal being burned, the components of fly ash vary considerably. These variations affect the quality of the final product. Accordingly it is important for cement manufacturers to know the amount and type of the components in these particles.The objective of this project is segmentation of images of fly-ash particles acquired using a Micro computed Tomography (uCT) imaging device. A set of grayscale images is produced, with each image representing a particular slice of the particle. The desired segmentation operation should identify particles and label regions of a given image based on "similarity", as perceived by human observers. Two techniques are proposed for segmenting different phases of material in these images.The first technique uses Contrast Stretching and Histogram Matching and is based solely on the gray scale value of the pixels in the image slices. But some of the segmented regions, although having the same gray value, contain a different composition of material and show up with a porous texture in uCT images. Distinguishing these regions by using only the Gray value produces inaccurate results.In the second proposed technique, Circular Gabor Filters (CGF) are used to segment the regions of impurity with porous textures in the cross section of the particle. We have also proposed a technique for designing the CGF such that when applied to the gray scale images, the filter passes the porous regions of components accurately, while blocking non-porous regions.By combining these techniques, we have developed a program that is able to segment different types and regions of impurities in the cross sections of a flyash particle based on their gray values and textures. Using AMIRA software we then create 3D models of these particles, presenting the locations and sizes of different phases of material

Synthetic aperture radar/LANDSAT MSS image registration

Algorithms and procedures necessary to merge aircraft synthetic aperture radar (SAR) and LANDSAT multispectral scanner (MSS) imagery were determined. The design of a SAR/LANDSAT data merging system was developed. Aircraft SAR images were registered to the corresponding LANDSAT MSS scenes and were the subject of experimental investigations. Results indicate that the registration of SAR imagery with LANDSAT MSS imagery is feasible from a technical viewpoint, and useful from an information-content viewpoint

New techniques for the automatic registration of microwave and optical remotely sensed images

Remote sensing is a remarkable tool for monitoring and mapping the land and ocean surfaces of the Earth. Recently, with the launch of many new Earth observation satellites, there has been an increase in the amount of data that is being acquired, and the potential for mapping is greater than ever before. Furthermore, sensors which are currently operational are acquiring data in many different parts of the electromagnetic spectrum. It has long been known that by combining images that have been acquired at different wavelengths, or at different times, the ability to detect and recognise features on the ground is greatly increased. This thesis investigates the possibilities for automatically combining radar and optical remotely sensed images. The process of combining images, known as data integration, is a two step procedure: geometric integration (image registration) and radiometric integration (data fusion). Data fusion is essentially an automatic procedure, but the problems associated with automatic registration of multisource images have not, in general, been resolved. This thesis proposes a method of automatic image registration based on the extraction and matching of common features which are visible in both images. The first stage of the registration procedure uses patches as the matching primitives in order to determine the approximate alignment of the images. The second stage refines the registration results by matching edge features. Throughout the development of the proposed registration algorithm, reliability, robustness and automation were always considered priorities. Tests with both small images (512x512 pixels) and full scene images showed that the algorithm could successfully register images to an acceptable level of accuracy

Cloud Detection And Information Cloning Technique For Multi Temporal Satellite Images

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2017Uzaktan algılanmış uydu görüntülerinde atmosfer etkilerinden kaynaklı olarak ortaya çıkan bölgesel bulutlar ve bu bulutların gölgeleri, yapılan çalışmalarda problem oluşturan temel gürültü kaynaklarındandır. Değişim analizi, NDVI hesaplama gibi önemli dijital işlemlerde bulut ve gölge bölgeleri, genel olarak yanıltıcı sonuçlar veren bölgeler olduğundan dijital işlemler çoğu zaman bu alanlar maskelenerek gerçekleştirilmektedir. Bu problem birçok çalışmada aynı bölgeden farklı zamanlarda elde edilmiş uydu görüntüleri ile mozaikleme yapılarak aşılmıştır. Ancak, mozaikleme sırasında oluşan spektral ve dokusal bozulmalar çalışmaları olumsuz etkilemektedir. Görüntünün çekilme anına bir daha dönülemeyeceğinden, bulutsuz bir görüntü elde etmek önemli bir süreç haline gelmektedir. Google Earth gibi sık kullanılan harita araçları aynı bölgeye ait çekilmiş birçok görüntü kullanarak bu görüntülerin ortalamalarından bulutsuz mozaikler elde ederek kullanıcılara sunmaktadır. Bu çalışmada bulutlu görüntüler çok zamanlı bulutsuz görüntülerden klonlama yapılarak bulutsuz hale getirilecektir. Diğer benzer çalışmalara ek olarak, klonlama süreci bir fotoğraf düzenleme işleminden öte görüntünün spektral özellikleri kullanılarak gerçekleştirilerek en yakın tarih ve spektral benzerlik göz önünde bulundurularak bulutsuz görüntü elde edilecektir. Üretilen bulutsuz görüntüde oluşan kenar bozulma etkileri çeşitli filtreler ile azaltılacaktır. Geliştirilen yöntem farklı zamanlarda çekilmiş Landsat-8 uydu görüntüleri ile test edilmiştir. Görüntüde bulunan bulutların belirlenmesi, bulut klonlama işleminin gerçekleştirilmesi için ilk aşama ve doğruluğu direkt olarak klonlama doğruluğu etkileyen bir süreçtir. Bulutların oluşturduğu parlaklık ve gölgelerinin oluşturduğu kararmalar birçok veri analizini olumsuz etkilemektedir. Bu etkiler, atmosferik düzeltmede oluşacak zorluklar, NDVI değerlerinin yükselmesi, sınıflandırmadaki hatalar ve değişim analizinin yanlış gerçekleştirilmesi şeklinde olabilir. Tüm bu etkilerin doğrultusunda, uzaktan algılama görüntülerinde bulutlar ve gölgeleri önemli bir gürültü kaynağı olduğundan bunların dijital işlemlerden önceki ilk aşamada belirlenmesi önem taşımaktadır. Bu çalışmada, Landsat-8 görüntüleri kullanılarak ve mevcut ısıl bantların da yardımıyla, bulut ve gölgelerinin belirlenmesi için bölütleme tabanlı bir kural dizisi ile uygulanan bir yöntem önerilmiş ve test edilmiştir. Çalışmaya temel olan bulut belirleme algoritması, ACCA ve Fmask algoritmalarının geliştirilmiş, sadeleştirilmiş, otomatize edilmiş ve bölütleme tabanlı uyarlanmış bir sürümü olarak değerlendirilebilir . Bu yöntem sayesinde, spektral özellikler ve geometrik özellikler bir arada kullanılarak Landsat 8 görüntülerinden bulut ve bulut gölgeleri belirlenmiştir. Spektral ve geometrik özelliklerin yanı sıra Landsat ısıl bant verileri ile, bulut-gölge ve soğuk yüzey (kar, buz) ayırımı güçlendirilmiştir. Komşuluk ilişkileri kullanılarak, belirlenen bulut alanları etrafındaki bulut gölgelerinin belirleme doğruluğu arttırılmıştır. Geliştirilen algoritma, dört farklı bölge için farklı zamanlarda çekilmiş Landsat görüntüleri üzerinde test edilerek değerlendirilmiştir. Bulut belirleme algoritmasında temel olarak Landsat 8 görüntülerinin OLI ve ısıl bantları kullanılmaktadır. Landsat-8 verileri, DN değerler olarak işlenmemiş halde sağlanmaktadır. Bu veriler, Landsat verileri ile birlikte gelen meta veri dosyasında (MTL) verilen oranlama katsayıları ile atmosfer üstü yansıtım değerlerine ve radyans değerlerine dönüştürülebilmektedir. Böylece veriler fiziksel anlamı olan birimlere dönüştürülmüş olur. Meta veri dosyasında sağlanan ısıl bant katsayıları ile ısıl bant verileri, parlaklık sıcaklığı bilgisine dönüştürülebilmektedir. OLI bantları atmosfer üstü yansıtım değerlerine (ToA), ısıl bantlar ise parlaklık sıcaklığına dönüştürülerek algoritmada kullanılmıştır. Yansıtım değerlerine dönüştürülen görüntülerde bulut alanlarının belirlenmesi için öncelikle bölütleme algoritması ile görüntü süper-piksellere ayrılmış ve kural tabanlı bir sınıflandırma dizisi uygulanarak bulut alanları görüntü üzerinden belirlenmiştir. Bulut alanlarının belirlenmesinden sonra, spektral testler ve bulut alanlarının komşuluk ilişkileri değerlendirilerek bulut gölgesi alanları da belirlenmiştir. Süper pikseller, pikselleri anlamlı gruplar halinde birleştirerek, piksel grupları oluşturmak için kullanılmaktadır. Görüntüdeki aynı bilgiye sahip olan piksellerin birleştirilmesi ile görüntü işleme amaçlı işlemlerin hızı da yüksek oranda artmaktadır. K-ortalamalar (K-means) yönteminin mekânsal özelliklerini de kullanan bir uyarlamasını temel alarak süper pikselleri üreten SLIC algoritması da bu amaçla kullanılan etkin yöntemlerden biridir. Bulut süper piksellerinin üretilmesinde SLIC yöntemi kullanılmıştır. Görüntülerden bulut alanlarının belirlenmesi için, bulutların spektral karakteristiğinin belirlenmesi ile işleme başlanmıştır. Görüntü üzerinden toplanan bulut noktalarının spektral imzaları karşılaştırılmıştır. Algoritma bu imzalar temel alınarak geliştirilmiştir. Bulut özelliklerine benzer şekilde, bulut gölgesi alanlarının sınıflandırılmasında da, görüntü üzerinden toplanan bulut noktalarının spektral imzalarının yorumlanmasını temel alan bir yöntem ile ısıl bandı devre dışı bırakan bir bant oranlama indeksi geliştirilmiştir. Bu indeks ile gölge alanlarının değeri diğer arazi örtüsü özelliklerinden keskin bir şekilde ayrıldığından eşik değeri belirlenmesi dinamik olarak gerçekleştirilebilmektedir. İkinci olarak, farklı gölge alanlarının, bulut gölgeleri ile karışmasını önlemek amacıyla görüntü özniteliklerinden olan güneş azimut açısı kullanılarak tüm bulut bölgelerinin bu açı ile doğru orantılı şekilde belli bir uzaklıkta izdüşümü alınmıştır. Bu izdüşüm alanlar, potansiyel gölge alanlarını ifade etmektedir. Gölge alan belirleme indeksi sonucu ile bu izdüşüm alanların kesişimi final gölge bölgelerinin sınıflandırılmasında kullanılmıştır Bulut ve gölgelerinin belirlenmesi, uzaktan algılamada uzun zamandır üzerinde çalışılan ve birçok yöntemin geliştirildiği bir konudur. Bu yöntemler kimi zaman yeterli doğrulukta sonuçlar verirken, kimi zaman da yeterli doğruluğu sağlayamamaktadır. Piksel tabanlı yöntemlerin yanı sıra, görüntüyü süper-piksellere ayıran bölütleme tabanlı yöntemlerin bulut ve gölge belirlemede kullanılması yeni bir konudur. Bu şekilde, görüntü, homojen özellikler sergileyen piksel gruplarına ayrılarak, hem hesaplama gücü azaltılmakta, hem de nesne tabanlı bir yaklaşım sergilendiğinden, sınıflandırılması hedeflenen özellikler geometrik karakteristikleri bakımından etkin bir şekilde görüntü üzerinden elde edilebilmektedir. Bu çalışmada geliştirilen bulut ve gölge belirleme algoritmaları ile bölütleme tabanlı bir yaklaşım bu kapsamda uygulanmıştır. İlk aşamada elde edilen süper-piksellerin doğruluğu sınıflandırma doğruluğunu doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle küçük bir ölçek parametresi seçilerek süper-piksellerin boyutları küçük tutulmuş ve piksel gruplamaları homojen tutularak, heterojen süper-piksellerin oluşması olasılığı azaltılmıştır. Bulut ve gölge gibi nesneler, parlak ve koyu yansıtım değerleri nedeniyle görüntü üzerindeki spektral karakteristikleri belirgin bir şekilde oluşan özelliklerdir. Bu bilgiler esas alınarak SLIC algoritması ile etkin bir bölütleme uygulanarak bulut ve gölge alanları süper-piksellere ayrılmıştır. Spektral tabanlı bir yaklaşımla geliştirilen indeksler ile kural seti şeklinde bir yapı kurularak; parlaklık sıcaklığı, güneş açısı, NDSI, NDWI gibi özellikler de sınıflandırma kural setine eklenerek, çok kriterli bir yapıda bulut ve gölge alanları görüntü üzerinden belirlenmiştir. Burada yeni bir yaklaşım olan bulut-gölge izdüşümü yaklaşımı ile bulut ve gölge arasındaki geometrik bağıntı kullanılarak gölge sınıflandırması doğruluğu arttırılmıştır. Tüm bu sonuçlar farklı bölgelerden alınmış görüntüler üzerindeki aynı parametreler ile koşturularak, yöntemin transfer edilebilirliği test edilmiştir. ACCA, Fmask gibi algoritmaların yanında, burada geliştirilen algoritma, transfer edilebilirliği, süper-piksel tabanlı olması sebebiyle getirdiği işlem kolaylığı ve basitleştirilmiş işlem adımları ile kullanışlılığını kanıtlamıştır. Bulut ve gölge alanlarının tespitinden sonra klonlama işlemine altlık oluşturacak bulut maskeleri elde edilmiştir. Bulut alanlarının, bulutsuz görüntülerden hangisi seçilerek klonlanılmasına görüntüler arasında yapılan spektral benzerlik testleri ile karar verilmiştir. Tüm bu görüntülerin bulutlu görüntüye olan korelesyonları hesaplanarak korelasyonu en yüksek olan görüntü bilgi aktarımı için kullanılmıştır. Görüntülerin klonlanmasında, bulutlu görüntünün çekildiği tarihe en yakın 3 aylık görüntüler girdi olarak alınmıştır. Tespit edilen bulut alanları ayrı ayrı analiz edilerek, öncelikle seçilen alana yakın tarihli görüntülerde aynı bölgenin bulutsuz olup olmadığı görüntülerin kesişimleri alınarak test edilmiştir. Bu testin sonrasında bulutsuz görüntüler ile bulutlu görüntü arasında korelasyonu en yüksek görüntüden taşırma algoritması ile (Flood Fill) bilgi aktarımı yapılarak bulutsuz görüntü elde edilmiştir Görüntülerin klonlanmasından sonra oluşan kenar bozulma etkilerinin düzeltilmesi için, klonlanan bölge sınırlarına ortalama filtresi (mean filter, averaging filter) uygulanmıştır. Görüntülerin klonlanmasının ardından, üretilen bulutsuz görüntülerin yakın zaman ait bulutsuz görüntülere olan benzerliği, Yapısal Benzerlik İndeksi Yöntemi (YBIY) (Structural Similarity Index) ile test edilmiştir. YBIY iki resim arasındaki benzerliğin ölçülmesi için geliştirilmiş, Karesel Ortalama Hata’nın (KOH) geliştirilmiş bir sürümü olan ve sık kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem, karşılaştırılan görüntülerden birisini mutlak doğru olarak kabul ederek, diğer görüntünün bu görüntüden sapmasını tespit etmektedir. Görüntünün kontrast ve spektral özelliklerini yanı sıra, yapısal bozulmalarını da hesaplamaya kattığından çalışma için uygun yöntem olarak belirlenmiş ve uygulanmıştır. Bulutlu görüntülerdeki bulutların giderilmesi uzaktan algılama disiplini üzerinde çalışanların uzun zamandır çalıştığı bir konudur. Sis etkisinin giderilmesi için bazı spektral yöntemler geliştirilmiş olsa da, geçirimsiz bulutların giderilmesi ancak farklı zamanlı uydu görüntülerinden bilgi aktarımı ile gerçekleşmektedir. Bu çalışmada, yapılan diğer çalışmalarda kazanılan bulut belirleme başarımının sonrasında bu bilgi kullanılarak görüntüde bulunan bulutların, aynı bölgeden çekilmiş farklı zamanlı görüntülerden bilgi aktarımı ile bulutsuz hale getirilmesi sağlanmıştır. Diğer bulutsuz görüntü elde etme yöntemlerinin yanı sıra, bulutlu alanların bulutsuz görüntülerden klonlanması sırasında, görüntülerin spektral ve yapısal özelliklerini korumak ön planda tutulmuştur. Farklı görüntü benzerlik ve görüntü kalitesi yöntemleri kullanılarak sadece görsellik önde tutulmadan spektral ve yapısal bilgiyi de koruyan bir yöntem geliştirilmiştir.One of the main sources of noises in remote sensing satellite images are regional clouds and shadows of these clouds caused by atmospheric conditions. In many studies, these clouds and shadows are masked with multitemporal images taken from the same area to decrease effects of misclassification and deficiency in different image processing techniques, such as change detection and NDVI calculation. This problem is surpassed in many studies by mosaicking with different images obtained from different acquisition dates of the same region. The main step of all these studies that cover cloud cloning or cloud detection is the detection of clouds from a satellite image. In this study, clouds and shadow patches are classified by using a spectral feature based rule set created after segmentation process of Landsat 8 image. Not only spectral characteristics but also structural parameters like pattern, area and dimension are used to detect clouds and shadows. Information of cloud projection is used to strengthen cloud shadow classification. Rule set of classification is developed within a transferable approach to reach a scene independent solution. Results are tested with different satellite images from different areas to test transferability and compared to other state-of art methods in the literature. Detection of clouds and cloud shadows features correctly is the main step of cloning procedure to create cloudless image from multitemporal image dataset. Multitemporal image dataset is used to find best image to clone cloud image. Choosing best image for cloning process is an important step for reliable cloning. Statistical and seasonal similarity tests are used to find best image to clone cloud covered image. Vector intersections are used to find cloudless images between multitemporal dataset. Flood Fill method is used to create cloudless image from cloud covered image by using information extraction from cloudless images in dataset. Accuracy of cloning process is tested by using SSIM index to find structural and spectral similarity to cloudless image. All cloning results are tested with different image from different regions to check transferability of study. This study can be regarded as a scientific approach to create cloudless image mosaics for each kind of application. Method in this thesis is a scientific approach to well-known methods of famous cloudless mosaic generation methods of Google, Mapbox Co. etc. for creation of visually good-looking base maps for web maps.DoktoraPh.D

The Combined Use of Optical and SAR Data for Large Area Impervious Surface Mapping

One of the megatrends marking our societies today is the rapid growth of urban agglomerations which is accompanied by a continuous increase of impervious surface (IS) cover. In light of this, accurate measurement of urban IS cover as an indicator for both, urban growth and environmental quality is essential for a wide range of urban ecosystems studies. The aim of this work is to present an approach based on both optical and SAR data in order to quantify urban impervious surface as a continuous variable on regional scales. The method starts with the identification of relevant areas by a semi automated detection of settlement areas on the basis of single-polarized TerraSAR-X data. Thereby the distinct texture and the high density of dihedral corner reflectors prevailing in build-up areas are utilized to automatically delineate settlement areas by the use of an object-based image classification method. The settlement footprints then serve as reference area for the impervious surface estimation based on a Support Vector Regression (SVR) model which relates percent IS to spectral reflectance values. The training procedure is based on IS values derived from high resolution QuickBird data. The developed method is applied to SPOT HRG data from 2005 and 2009 covering almost the whole are of Can Tho Province in the Mekong Delta, Vietnam. In addition, a change detection analysis was applied in order to test the suitability of the modelled IS results for the automated detection of constructional developments within urban environments. Overall accuracies between 84 % and 91% for the derived settlement footprints and absolute mean errors below 15% for the predicted versus training percent IS values prove the suitability of the approach for an area-wide mapping of impervious surfaces thereby exclusively focusing on settlement areas on the basis of remotely sensed image data

Semi Automatic True Orthophoto Production By Using Lidar Data

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2007Uzun yıllardan beri orman arazilerinin kontrolü ve yönetimi, su baskınlarına karşı risk analizi gibi çeşitli uygulamalarda kullanılan LIDAR (LIght Detection and Ranging) teknolojisi, son yıllarda temelinde Gerçek Ortofoto üretimine dayalı üç boyutlu şehir modeli oluşturulmasında popüler olarak kullanılmaya başlanmıştır. Geleneksel Ortofoto üretiminde Sayısal Arazi Modeli’nin (SAM) kullanılması sonucu, binalar ve arazi üzerinde kalan diğer objeler, perspektif iz düşümden kaynaklanan görüntü ötelemesinden dolayı Ortofoto üzerinde doğru olarak konumlandırılamamaktadır. Ortofoto üretiminin, SYM kullanılarak gerçekleştirilmesiyle bu sorunlar büyük ölçüde aşılmakta ve elde edilen Ortofoto “Gerçek Ortofoto” olarak adlandırılmaktadır. Buna rağmen, gerçek Ortofoto üretimi farklı sorunları beraberinde getirmektedir. Binaların gerçek konumlarına getirilmesi sonucunda, Ortofoto üzerinde resim bilgisi olmayan alanlar oluşmaktadır. Bunların yanında aşılması gereken diğer bir sorun, gerçek Ortofotoda; yolların, köprülerin ve bina çatı kenarlarının sınırlarının keskin bir şekilde görünmemesidir ve şimdiye kadar yapılan araştırmalarda bu sorunun aşılmasında SYM’nin kalitesinin önemli bir rol oynadığı ve Lazer noktaları ile üretilen SYM’nin tek başına yeterli olmadığı gözlenmiştir. Bu tez çalışmasında, Ortofotonun geliştirilmesi üzerine uygun methodlar araştırılmış ve iki farklı method test edilmiştir. (1) İlk metod olarak, gerçek Ortofoto üretimi için fotogrametride yaygın bir şekilde kullanılan SYM gerçek Ortofoto üretiminde kullanılmış ve (2) ikinci method olarak, hava fotoğraflarının üç boyutlu değerlendirilmesi ile sayısallaştırılan binaların çatı kenarları, vektör veri olarak SAM’ın üzerine eklenerek gerçek Ortofoto üretilmiştir. Bu bildiride, üretim işlem adımları ve karşılaşılan sorunlara detaylı bir şekilde değinilerek, iki farklı yöntemle üretilen gerçek Ortofotonun karşılaştırılması anlatılmaktadır. Deneysel araştırma için Stuttgart şehir merkezinin Lidar veri seti kullanılmıştır.Light Detection and Ranging (LIDAR) has been used for years with a variety of applications, including the efficient creation of digital terrain models (DTMs) for large-scale, high-accuracy mapping. LIDAR technology offers fast, real-time collection of 3-D points so that allows the production of higher-accuracy orthophotos than traditional stereo-compilation methods. Traditional orthophoto production suffers from the fact that buildings (and any other objects above ground) are not correctly placed in the orthophoto. True orthophoto production overcomes these deficiencies by taking the digital surface model (DSM) into account. However, the resulting true orthophotos still suffer from occluded areas and unsharp edges of buildings and roads. The experimental investigations with different data sets show that it is essential to use high quality DSMs to produce high quality true orthophotos. In this paper, aspects of the improvement of true orthophoto production will be discussed: (a) in the first approach which has been widely used in photogrammetry, the DSM is used for generating true orthophotos and (b) in comparison to the DSM based method, semi-automatically collected vector data of buildings are superimposed on DTM and are used as input data for generating true orthophotos in the second method. The processes and problems of both true orthophoto production procedures will be investigated in detail and results include the comparison of true orthophoto productions based on DSM (from first pulse and last pulse measurements) and DTM plus vector data. For the experimental investigation, a LIDAR data set for downtown Stuttgart is used.Yüksek LisansM.Sc

COMBINED MULTIPLE CLASSIFIED DATASETS CLASSIFICATION APPROACH FOR POINT CLOUD LIDAR DATA

Airborne Laser scanners using the Light Detection And Ranging (LiDAR) technology is a powerful tool for 3D data acquisition that records the backscattered energy as well. LiDAR has been successfully used in various applications including 3D modelling, feature extraction, and land cover information extraction. Airborne LiDAR data are usually acquired from different flight trajectories producing data in different strips with significant overlapped areas. Combining these data is required to get benefit of the multiple strips’ data that acquired from different trajectories. This paper introduces an approach called CMCD “Combined Multiple Classified Datasets” to maximize the benefits of the multiple LiDAR strips’ data in land cover information extraction. This approach relies on classifying each strip data then combining the results based on the a posteriori probability of each class of the classified data and the position of the classified points.Two datasets from different overlapped areas are selected to test the proposed CMCD approach; both are captured from different flight trajectories. A comparison has been conducted between the CMCD results and the results of the common merging data approaches. The results indicated that the classification accuracy of the proposed CMCD approach has improved the classification accuracy of the merged data-layers by 6% and 10% for the two datasets.</p

Integration of Multi-Sensor Data to Estimate Plot-Level Stem Volume Using Machine Learning Algorithms–Case Study of Evergreen Conifer Planted Forests in Japan

The development of new methods for estimating precise forest structure parameters is essential for the quantitative evaluation of forest resources. Conventional use of satellite image data, increasing use of terrestrial laser scanning (TLS), and emerging trends in the use of unmanned aerial systems (UASs) highlight the importance of modern technologies in the realm of forest observation. Each technology has different advantages, and this work seeks to incorporate multiple satellite, TLS- and UAS-based remote sensing data sets to improve the ability to estimate forest structure parameters. In this paper, two regression analysis approaches are considered for the estimation: random forest regression (RFR) and support vector regression (SVR). To collect the dependent variable, in situ measurements of individual tree parameters (tree height and diameter at breast height (DBH)) were taken in a Japanese cypress forest using the nondestructive TLS method, which scans the forest to obtain dense and accurate point clouds under the tree canopy. Based on the TLS data, the stem volume was then computed and treated as ground truth information. Topographic and UAS information was then used to calculate various remotely sensed explanatory variables, such as canopy size, canopy cover, and tree height. Canopy cover and canopy shapes were computed via the orthoimages derived from the UAS and watershed segmentation method, respectively. Tree height was computed by combining the digital surface model (DSM) from the UAS and the digital terrain model (DTM) from the TLS data. Topographic variables were computed from the DTM. The backscattering intensity in the satellite imagery was obtained based on L-band (Advanced Land Observing Satellite-2 (ALOS-2) Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar-2 (PALSAR-2)) and C-band (Sentinel-1) synthetic aperture radar (SAR). All satellite (10–25 m resolution), TLS (3.4 mm resolution) and UAS (2.3–4.6 cm resolution) data were then combined, and RFR and SVR were trained; the resulting predictive powers were then compared. The RFR method yielded fitting R2 up to 0.665 and RMSE up to 66.87 m3/ha (rRMSE = 11.95%) depending on the input variables (best result with canopy height, canopy size, canopy cover, and Sentinel-1 data), and the SVR method showed fitting R2 up to 0.519 and RMSE up to 80.12 m3/ha (rRMSE = 12.67%). The RFR outperformed the SVR method, which could delineate the relationship between the variables for better model accuracy. This work has demonstrated that incorporating various remote sensing data to satellite data, especially adding finer resolution data, can provide good estimates of forest parameters at a plot level (10 by 10 m), potentially allowing advancements in precision forestry

Extraction of spatial information from sterioscopic SAR images

Synthetic Aperture Radar (SAR) is now widely used for generating Digital Elevation Models (DEMs) and has advantages over optical data in terms of availability as it allows all-day and all-weather operations. The stereoscopic SAR method, which allows direct extraction of spatial information in three-dimensional space, has been established for decades. However, the traditional stereoscopic methods developed for SAR data depend on many human operations and need ground control points (GCPs), to set up geometric models. The aims of the thesis are not only to propose a refined rigorous stereoscopic SAR method and a new error model to predict theoretic errors, but also to achieve a higher level of automation and accuracy. By using a weighting matrix, which is derived by considering different observations in the space intersection algorithm, the minimal number of the GCPs required for the refined algorithm is only two. To achieve a high degree of automation, an optimized strategy of parameter selection for the pyramidal image correlation scheme employing a region-growing technique has been proposed. This avoids a trial-and-error approach to produce digital parallax data from the same-side SAR image pairs. A new method to derive GCPs automatically has been developed using a SAR image simulation technique, under the condition that a known DEM chip is available, to minimize human interventions and operator error. The proposed method for providing GCPs and the DEMs generated from space intersection have been incorporated into the procedures for geocoding SAR images to validate the proposed algorithms. The results derived show that the stereoscopic SAR data can be applied to geometric rectification in flat-to-moderate areas, and other applications of extraction of spatial information are promising