dc.contributor.advisor | Yüksel, Seniha Esen | |
dc.contributor.author | Salman, Mesut | |
dc.date.accessioned | 2018-04-30T07:38:13Z | |
dc.date.available | 2018-04-30T07:38:13Z | |
dc.date.issued | 2018-04-18 | |
dc.date.submitted | 2018-03-29 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/4458 | |
dc.description.abstract | With the evolving next generation remote sensing technology, hundreds of different
wavelength images can be captured in the electromagnetic spectrum. In addition to
this, light sensing technology can be used to determine distances between objects
and distant objects. This information obtained from two different sources constitutes
an input to the analysis of the semantic segmentation of a region.
In this thesis study, it is aimed to realize the semantic segmentation of two different
data sets belonging to the region with HSI (Hyperspectral Image) and LiDAR (Light
Detection and Ranging) data with high performance. In particular, classification with
deep convolutional neural networks (CNN) has been performed in recent years,
except for the classical methods used for classifying hyperspectral datasets, which
have had impressive results in the semantic segmentation of images.
In the study carried out within the scope of the thesis, the problem is addressed in
two steps. First, integration of the hyperspectral and LiDAR information was followediv
by finalization of the classification. In order to provide additional information on
spectral and height information, different structural elements and extended
morphological attribute profiles (EMAP) have been specially created for HSI and
LiDAR data. Within the scope of integrating the classifier decisions recommended
as the first integration method, CNN installations were made specifically for the
spectral and morphological profile maps and the results of the classifiers were
established. Using the knowledge that the test data provided by the classifier results
could be included possibility result in which class, the classifier results were
integrated and a general classifier was created. With this method, the best results
were obtained in classifying the Muufl dataset. In the dimensional integration, which
provides impressive results in the Houston dataset, which is the second method,
and in particular the competition dataset, the dimensional integration of different
height, morphological and spectral information is provided first. Subsequently,
attributes of this integrated data were extracted with filters in AlexNet's first
convolution layer. A special CNN setup was performed on this dataset, from which
the features were extracted, and the results of the classification were compared with
other studies. In the Houston dataset, the highest performance was 93.97% for the
cloud-based shadows. Among the studies that did not make any correction to the
cloud-based shadowing in the Houston dataset, the highest achievement value of
93.97% was obtained with this method.
As deep convolutional neural networks have become very popular in recent years,
the feasibility of these networks in many new areas is being questioned. It is one of
the important results of this thesis that it can give very effective results in the
classification of hyperspectral datasets. However, the need to ensure that formal
and spatial information to support spectral information is given as input to CNN is
one of the most important results that have been drawn from the study. In addition,
the use of filters in the first convolution layer of the AlexNet model classification with
CNN has been demonstrated in HSI’s. | tr_TR |
dc.description.tableofcontents | ÖZET..................................................................................................................................i
ABSTRACT ...................................................................................................................... iii
TEŞEKKÜR .......................................................................................................................v
İÇİNDEKİLER DİZİNİ........................................................................................................vi
ŞEKİLLER ...................................................................................................................... viii
ÇİZELGELER ...................................................................................................................xi
KISALTMALAR DİZİNİ..................................................................................................... xii
1. GİRİŞ......................................................................................................................... 1
1.1 Tezin Amacı........................................................................................................ 2
1.2 Tezin Akışı.......................................................................................................... 2
1.3 Hiperspektral Görüntüleme................................................................................. 3
1.4 LiDAR................................................................................................................. 5
1.5 Tez Kapsamında Kullanılan Veri Kümeleri.......................................................... 6
1.5.1 Houston Üniversitesi Veri Kümesi................................................................ 6
1.5.2 Muufl Gulfort Bölgesi Veri Kümesi ..............................................................11
1.5.3 Anlamsal Bölütleme Problemi ve Mevcut Çözüm Yöntemleri......................13
2. YAPAY SİNİR AĞLARI .............................................................................................18
2.1 Yapay Sinir Ağı Modeline Giriş ..........................................................................18
2.2 Biyolojik Sinir Ağı Matematiksel Modeli..............................................................18
2.3 Yapay Sinir Ağları..............................................................................................19
2.4 Derin Evrişimsel Sinir Ağlarına Genel Bir Bakış .................................................20
2.5 Derin Evrişimsel Sinir Ağı Mimarisi ....................................................................22
2.5.1 Evrişim Katmanı .........................................................................................23
2.5.2 Aktivasyon Fonksiyonu ...............................................................................24
2.5.3 Havuzlama Katmanı (Pooling Layers).........................................................27
2.5.4 Tam Bağlı Sinir Ağı Katmanı (Fully-Connected Layer)................................27
2.5.5 Aşırı Uyum (Overfitting) ..............................................................................27
2.5.6 Yığın Normalizasyonu (Batch Normalization)..............................................28
2.5.7 Çıktı Katmanı (Output Layer) ......................................................................29
2.6 Derin Evrişimsel Sinir Ağı Eğitimi ve Geri Yayılım (Backpropagation)................30
2.6.1 Maliyet Fonksiyonları..................................................................................33
2.6.2 SGD Methodu.............................................................................................36
2.7 Hiperparametrelerin Ayarlanması ......................................................................37
3. HİPERSPEKTRAL VE LİDAR VERİLERİNDE ÖN İŞLEME VE BİÇİMSEL PROFİL
HARİTALARININ ÇIKARIMI.............................................................................................38
3.1 EMAP Yöntemi ile Biçimsel Profil Haritalarının Oluşturulması............................39
3.2 Veri Normalizasyonu..........................................................................................41
4. ÖNERİLEN HSG VE LiDAR TÜMLEŞTİRME YÖNTEMLERİ....................................42
4.1 Olasılıksal Karar Tabanlı Tümleştirme ...............................................................43
4.2 Öznitelik Tabanlı Tümleştirme ...........................................................................44
4.2.1 Piksel Seviyesinde Tümleştirme .................................................................44
4.2.2 Boyutsal Tümleştirme .................................................................................45
5. DESA SINIFLANDIRICI KURULUMLARI..................................................................48
5.1 Karar Tabanlı Tümleştirme Yöntemine Özel DESA Kurulumları.........................49
5.1.1 Spektral Verilere Özel DESA Sınıflandırıcı Kurulumu .................................49
5.1.2 Biçimsel Haritalara Özel DESA Sınıflandırıcı Kurulumu ..............................50
5.2 Öznitelik Seviyesi Tümleştirme DESA Sınıflandırıcı Kurulumu...........................52
5.2.1 Piksel Seviyesinde Tümleştirilerek Oluşturulan Veri Kümesine Özel DESA
Sınıflandırıcı Kurulumu .............................................................................................52
5.2.2 Boyutsal Tümleştirme ve Alexnet İlk Evrişim Katmanı Filtrelenmiş Veri
Kümesine Özel DESA Sınıflandırıcı Kurulumu..........................................................53
6. DENEYSEL SONUÇLAR..........................................................................................55
6.1 Genel Karşılaştırma Parametreleri ve Karşılaştırma Sınıfları .............................55
6.2 Karar Tabanlı Tümleştirme Sonuçları.................................................................56
6.2.1 Spektral Verilere Özel DESA Sınıflandırıcı Sonuçları..................................56
6.2.2 Biçimsel Haritalara Özel DESA Sınıflandırıcı Sonuçları ..............................58
6.2.3 Sınıflandırıcı Sonuçlarının Tümleştirilmesi ..................................................63
6.2.4 Öznitelik Seviyesi Tümleştirme DESA Sınıflandırma Sonuçları...................68
6.2.5 Piksel Seviyesi Tümleştirme Veri................................................................68
6.2.6 Boyutsal Tümleştirme ve Alexnet İlk Evrişim Katmanı ile Filtreleme ile
Oluşturulmuş Veri Kümesi Sınıflandırıcı Sonuçları....................................................72
6.3 Karşılaştırma Sonuçları .....................................................................................75
7. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME ........................................................................80
KAYNAKLAR (REFERENCES)........................................................................................83 | tr_TR |
dc.language.iso | tur | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | hiperspektral görüntüleme | tr_TR |
dc.subject | lidar | tr_TR |
dc.subject | anlamsal bölütleme | tr_TR |
dc.subject | lidar ve hiperspektral görüntülerin tümleştirilmesi | tr_TR |
dc.subject | derin evrişimsel sinir ağı | tr_TR |
dc.title | Hiperspektral ve Lidar Verilerinin Öznitelik Ve Karar Seviyelerinde Tümleştirilmesi Ve Derin Evrişimli Sinir Ağlarıyla Sınıflandırılması | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Gelişen yeni nesil uzaktan algılama teknolojisi ile birlikte, elektromanyetik
spektrumda yüzlerce farklı dalga boyunda görüntü alınabilmektedir. Bu verilere ek
olarak ışık ile algılama teknolojisi ile uzaktaki nesneler ile algılayıcı arası mesafe
tayin edilebilmektedir. İki farklı kaynaktan elde edilen bu bilgiler bir bölgeye ait
anlamsal bölütleme çözümlemesine girdi oluşturmaktadır.
Bu tez çalışması ile HSG (Hiperspektral Görüntü) ve LiDAR (Light Detection and
Ranging – Işık ile Algılama ve Menzil Tayini) verisi bulunan bölgelere ait iki farklı
veri kümesinin anlamsal bölütlemesinin yüksek başarımla gerçekleştirilmesi
amaçlanmıştır. Özellikle Hiperspektral veri kümesinin sınıflandırılmasında kullanılan
klasik yöntemlerin dışında olan ve son yıllarda görüntülerin anlamsal
bölütlenmesinde etkileyici sonuçlar veren derin evrişimli sinir ağları (DESA) ile
sınıflandırma işlemi gerçekleştirilmiştir.
Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmada problem iki basamakta ele alınmıştır.
Öncelikle Hiperspektral ve LiDAR bilgilerinin tümleştirilmesi ardından
sınıflandırmanın sonuçlandırılması gerçekleştirilmiştir. Spektral ve yükseklik
bilgilerine ek bilgi sağlaması amacıyla farklı yapısal elemanlar ile morfolojik profil
haritaları (EMAP – Extended Morphological Attribute Profiles), HSG ve LiDAR
verilerine özel olarak oluşturulmuştur. İlk tümleştirme yöntemi olarak önerilen
sınıflandırıcı kararlarının tümleştirilmesi kapsamında, spektral ve morfolojik profil
haritalarına özel olarak DESA kurulumları gerçekleştirilmiş ve sınıflandırıcı sonuçları
oluşturulmuştur. Sınıflandırıcı sonuçları ile sağlanan test verisinin hangi olasılıkla
hangi sınıfta yer alabileceği bilgisi kullanılarak eş ağırlık katsayısı ile sınıflandırıcı
sonuçları tümleştirilmiş ve genel bir sınıflandırıcı oluşturulmuştur. Bu yöntem ile
Muufl veri kümesinin sınıflandırılmasında en iyi sonuçlar elde edilmiştir. İkinci
yöntem olan ve özellikle yarışma verisi olan Houston veri kümesinde etkileyici
sonuçlar elde edilmesini sağlayan boyutsal tümleştirmede ise, öncelikle farklı
yükseklik, morfolojik ve spektral bilgilerin boyutsal olarak tümleştirilmesi
sağlanmıştır. Sonrasında iyileştirilmiş AlexNet’in ilk evrişim katmanında yer alan
filtreler ile bu tümleştirilmiş verinin öznitelikleri çıkarılmıştır. Öznitelikleri çıkarılmış
bu veri kümesine özel DESA kurulumu gerçekleştirilmiş ve sınıflandırma
sonuçlarının diğer çalışmalar ile karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Houston veri
kümesinde bulut kaynaklı gölgelemeye yönelik herhangi bir düzeltmenin
yapılmadığı çalışmalar arasında en yüksek başarım değeri %93.97 bu yöntem ile
elde edilmiştir.
Derin evrişimsel sinir ağlarının son yıllarda oldukça popüler olması sonucunda, bu
ağların birçok yeni alanda uygulanabilirliği sorgulanmaktadır. Hiperspektral veri
kümelerinin sınıflandırılmasında da oldukça etkili sonuçlar verebildiği bu tez
kapsamında çıkarılan önemli sonuçlardan bir tanesidir. Ancak spektral bilgileri
destekleyecek biçimsel ve uzamsal bilgilerin DESA’ya girdi olarak verilmesini
sağlamak gerekliliği çalışmadan çıkarılan en önemli sonuçlardan bir tanesidir. Buna
ek olarak DESA ile sınıflandırma AlexNet modelinin ilk evrişim katmanında yer alan
filtrelerin HSG’lerde kullanılabilirliği gösterilmiştir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Elektrik –Elektronik Mühendisliği | tr_TR |