Analyzing Decades-Long Environmental Changes in Namibia Using Archival Aerial Photography and Deep Learning

要約

この研究では、長期的な環境変化を特定するために、ナミビアの歴史的な航空写真における物体検出を調査しています。
具体的には、1943 年と 1972 年のサブメートルのグレースケール航空画像を使用して、ナミビアのオシカンゴ周辺の主要なオブジェクト — \textit{水穴}、\textit{オムティの農場}、\textit{大木} — を特定することを目指しています。
この研究では、まばらな手書きラベルのディープ セマンティック セグメンテーション モデルを使用して、過去の航空画像を分析するためのワークフローを提案します。
この目的を達成するために、クラス重み付け、疑似ラベル付け、経験的な p 値ベースのフィルタリングなどの多くの戦略を採用して、グラウンド トゥルース データ内のオブジェクトの偏りやまばらな表現のバランスをとります。
結果は、これらの異なるトレーニング戦略の利点を示しており、1943 年画像と 1972 年画像の 3 つの対象オブジェクトの平均 $F_1=0.661$ と $F_1=0.755$ がそれぞれ得られました。
また、1943 年から 1972 年にかけて、第二次世界大戦後の経済、農業、人口動態、および環境の大規模な変化による局地的影響の一部を反映して、ウォーターホールとビッグツリーの平均サイズが増加する一方、オムティスの平均サイズが減少したことも確認しました。
この研究はまた、ナミビア (およびアフリカ) を超えた長期的な環境変化を理解する上で、歴史的な航空写真の未開発の可能性を強調しています。
過去には適切な衛星技術が不足していたので、アーカイブ航空写真は、数十年にわたる環境の変化を明らかにするための優れた代替手段となります。

要約(オリジナル)

This study explores object detection in historical aerial photographs of Namibia to identify long-term environmental changes. Specifically, we aim to identify key objects — \textit{Waterholes}, \textit{Omuti homesteads}, and \textit{Big trees} — around Oshikango in Namibia using sub-meter gray-scale aerial imagery from 1943 and 1972. In this work, we propose a workflow for analyzing historical aerial imagery using a deep semantic segmentation model on sparse hand-labels. To this end, we employ a number of strategies including class-weighting, pseudo-labeling and empirical p-value-based filtering to balance skewed and sparse representations of objects in the ground truth data. Results demonstrate the benefits of these different training strategies resulting in an average $F_1=0.661$ and $F_1=0.755$ over the three objects of interest for the 1943 and 1972 imagery, respectively. We also identified that the average size of Waterhole and Big trees increased while the average size of Omutis decreased between 1943 and 1972 reflecting some of the local effects of the massive post-Second World War economic, agricultural, demographic, and environmental changes. This work also highlights the untapped potential of historical aerial photographs in understanding long-term environmental changes beyond Namibia (and Africa). With the lack of adequate satellite technology in the past, archival aerial photography offers a great alternative to uncover decades-long environmental changes.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google