Self-Supervised Deep Learning for Urban Land Cover Classification from Very High Resolution Imagery
Notice bibliographique
Résumé
Accurate mapping of land cover and land use at very high spatial resolution (VHR) is crucial for studying urban development and human-environment interactions. Deep learning techniques, particularly semantic segmentation models, have emerged as powerful tools for this task. However, their widespread application is hindered by the substantial demand for annotated VHR datasets. Existing studies have primarily employed low- to medium-resolution imagery and a few bands, which limits their downstream applicability. To our knowledge, this is the first attempt to study urban areas in Canada at such spatial resolution using self-supervised deep learning techniques. The objective of this study is to classify Worldview 3 multispectral imagery into eight urban land cover categories. The primary challenges are preparing analysis-ready data, addressing class imbalance, and having a limited amount of labelled data. To address these challenges, we introduce an innovative deep learning framework designed to enhance spectral-spatial consistency while leveraging the wealth of available unlabelled data for more effective learning and easily applying pre-trained representations to downstream tasks. We perform super-resolution using deep learning pansharpening, then latent feature extraction without labels and knowledge distillation using a small amount of labelled data. The proposed workflow is applied to Worldview 3 imagery patches of size 256 x 256 at a 1m spatial resolution. The methodology was applied to two UNet variants: a simple UNet and an attention-gated UNet with a ResNet-50 encoder. The results show that while the simple UNet could not adequately capture the complexity of the data, unlike the complex model. Self-supervised pretraining improved the overall accuracy (OA) of the prediction in both cases. For simple UNet, the accuracy was improved from 69% to 74%, and for complex UNet, the OA improved from 80% to 88%. In conclusion, we demonstrate the effectiveness of multi-view self-supervised semantic segmentation on multispectral Worldview 3 images, creating a land cover product for future research. The code for the proposed architecture is publicly available at https://github.com/kaushikCanada/landcover-ssl.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».