SYNTHETIC APERTURE RADAR (SAR) GUIDED RECONSTRUCTION AND CLOUD REMOVAL IN OPTICAL SATELLITE IMAGES
| dc.contributor.author | KARATATAR ALİHAN | |
| dc.contributor.department | Bilgisayar Mühendisliği | |
| dc.date.accessioned | 2026-08-13T11:05:09Z | |
| dc.date.issued | 2026-05 | |
| dc.description.abstract | Cloud cover affects approximately 60–67% of the Earth’s surface at any given moment, creating systematic gaps in optical satellite imagery that disrupt land monitoring, agricultural assessment, and disaster response workflows. Existing deep learning approaches to cloud removal share a fundamental deficiency: they process every pixel through the generative network indiscriminately, modifying cloud-free observations that require no reconstruction and occasionally hallucinating surface features that do not exist. This thesis proposes CMSRNet (Cloud-Aware Multi-Scale SAR-Guided Reconstruction Network), a lightweight deterministic architecture that addresses these deficiencies using co-registered Sentinel-1 SAR data as a structural prior for Sentinel-2 optical reconstruction. The architecture consists of three principal components. First, a dual-encoder design processes optical and SAR inputs through separate convolutional pathways before fusion, preventing the lower-information SAR signal from diluting optical feature representations. Second, MultiScaleSARFusion blocks integrate the two modalities at three encoder scales using channel-wise gating and spatial attention, allowing SAR features to guide optical reconstruction at both coarse structural and fine textural levels. Third, a CloudAwareRefinement module produces an explicit cloud importance map as a direct network output and applies a hard-replacement constraint: pixels identified as cloud-free are copied exactly from the input to the output, providing a strict mathematical guarantee that valid surface observations are never modified. CMSRNet is trained on the ROIs1158 spring subset of the SEN12MS-CR benchmark using a cloud-aware loss function that concentrates reconstruction penalties on cloud-affected regions. The network contains 3.26 million parameters and runs in a single forward pass, avoiding the iterative sampling cost of diffusion-based alternatives such as DiffCR. Ablation experiments validate the individual contribution of each architectural component. The results demonstrate that a deterministic, mask-aware architecture can achieve reasonable reconstruction quality within the operational constraints of large-scale satellite data processing. | |
| dc.description.ozet | Bulut ort ¨ us¨ u, herhangi bir anda D ¨ unya y ¨ uzeyinin yaklas¸ık %60–67’sini etkilemekte ¨ ve optik uydu gor¨ unt ¨ ulerinde sistematik bos¸luklar olus¸turarak arazi izleme, tarımsal ¨ degerlendirme ve afet m ˘ udahale s ¨ urec¸lerini sekteye u ¨ gratmaktadır. Mevcut derin ˘ o¨grenme ˘ tabanlı bulut giderme yontemleri temel bir eksikli ¨ gi paylas¸maktadır: t ˘ um pikselleri ¨ ayrım gozetmeksizin ¨ uretici a ¨ gdan gec¸irerek yeniden yapılandırma gerektirmeyen bulutasız ˘ gozlemleri de ¨ gis¸tirmekte ve zaman zaman gerc¸ekte var olmayan y ˘ uzey ¨ ozelliklerini ¨ uretmektedir. ¨ Bu tezde, Sentinel-1 SAR verisini yapısal bir on bilgi olarak kullanan ve bu eksiklikleri ¨ gideren hafif, deterministik bir mimari olan CMSRNet (Bulut-Duyarlı C¸ ok Olc¸ekli ¨ SAR-Rehberli Yeniden Yapılandırma Agı) ˘ onerilmektedir. Mimari ¨ uc¸ temel biles¸enden ¨ olus¸maktadır. Birincisi, c¸ift kodlayıcı tasarım, optik ve SAR girdilerini fuzyon ¨ oncesinde ¨ ayrı evris¸imli yollardan is¸lemekte; boylece d ¨ us¸¨ uk bilgi ic¸erikli SAR sinyalinin optik ¨ oznitelik temsillerini seyreltmesi engellenmektedir. ¨ ˙Ikincisi, MultiScaleSARFusion bloklarıyoluyla birles¸tirerek SAR ozniteliklerinin hem kaba yapısal hem de ince dokusal ¨ duzeyde optik yeniden yapılandırmayı y ¨ onlendirmesine olanak sa ¨ glamaktadır. ˘ Uc¸ ¨ unc ¨ us¨ u, ¨ CloudAwareRefinement modul¨ u a ¨ gın do ˘ grudan bir c¸ıktısı olarak ac¸ık bir bulut ˘ onem ¨ haritası uretmekte ve sert ikame kısıtlamasını uygulamaktadır: bulutasız olarak belirlenen ¨ pikseller girdiden c¸ıktıya degis¸tirilmeden kopyalanarak gec¸erli y ˘ uzey g ¨ ozlemlerinin asla ¨ degis¸tirilmeyece ˘ gine dair katı bir matematiksel g ˘ uvence sa ¨ glanmaktadır. ˘ CMSRNet, SEN12MS-CR kıyaslama veri kumesinin ROIs1158 ¨ spring alt kumesi ¨ uzerinde, ¨ yeniden yapılandırma cezalarını bulutlu bolgelerde a ¨ gırlıklandıran bir bulut-duyarlı kayıp ˘ fonksiyonu kullanılarak egitilmis¸tir. A ˘ g 3,26 milyon parametreden olus¸makta ve tek bir ˘ ileri gec¸is¸te c¸alıs¸maktadır; bu durum onu DiffCR gibi difuzyon tabanlı alternatiflerin ¨ yinelemeli ornekleme maliyetinden kac¸ınmaktadır. Ablasyon deneyleri her mimari biles¸enin ¨ bireysel katkısını dogrulamaktadır. Sonuc¸lar, deterministik ve maske-duyarlı bir mimarinin ˘ dogruluk-maliyet sınırında elveris¸li bir noktada konumlandı ˘ gını; yeniden yapılandırma ˘ metriklerindeki sınırlı bir dus¸¨ us¸ kars¸ılı ¨ gında c¸ıkarım hızı, bellek verimlili ˘ gi ve kesin ˘ temiz-piksel koruma garantisi ac¸ısından onemli kazanımlar sa ¨ gladı ˘ gını g ˘ ostermektedir. iki modaliteyi uc¸ kodlayıcı ¨ olc¸e ¨ ginde kanal bazlı gec¸it mekanizması ve uzamsal dikkat | |
| dc.embargo.lift | 2027-02-15T11:05:09Z | |
| dc.embargo.terms | 6 ay | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/39070 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.subject | cloud removal | |
| dc.subject | SAR-optical fusion | |
| dc.subject | deep learning | |
| dc.subject | Sentinel-2 | |
| dc.subject | Sentinel-1 | |
| dc.subtype | proficiencyinart | |
| dc.title | SYNTHETIC APERTURE RADAR (SAR) GUIDED RECONSTRUCTION AND CLOUD REMOVAL IN OPTICAL SATELLITE IMAGES | |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis |
Files
License bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- license.txt
- Size:
- 1.89 KB
- Format:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Description: