blind source separation of hyperspectral data in planetary remote sensing: endmember extraction and...
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ACCES au laboratoire GIPSA-lab
Feuille de route
GIPSA-lab Bâtiment ENSE3 (ancien IEG) Domaine universitaire de Saint Martin d’Hères Grenoble France Batiment B 3e étage : direction du laboratoire Batiment B 3e étage : département Parole et Cognition Batiment B 2e étage : département Automatique Batiment D 1er étage : département Images-Signal
EN VOITURE Vous venez de Chambéry (A41) ENTREE 3 Rocade Sud sortie N°1 - Domaine universitaire
1- Au rond point, prendre à droite et rester sur la voie de droite 2- Au rond point, aller en face (av. de Vignate) 3- Au rond point, tourner à droite (rue de la Piscine) 4- Au bout, aller à gauche (av. de la Chimie). 5- Continuer sur l’av. de la Chimie jusqu’au bout. 6- Au carrefour, rentrer en face sur le grand parking. 7- Rentrer dans le bâtiment B (ENSE3) par une des 2 portes donnant sur le parking. 8- Accès à la direction de Gipsa-lab par l’escalier central (3e étage).
Vous venez de Lyon (A48) ou de Sisteron (A480) Direction Chambery Rocade Sud ENTREE 3 Sortie N°1 - Domaine universitaire
1- Au rond point de la sortie, faire le tour pour aller à gauche (passer sous la rocade)
2- Au rond point, aller en face (av. de Vignate) 3- Au rond point, tourner à droite (rue de la Piscine) 4- Au bout, aller à gauche (av. de la Chimie). 5- Continuer sur l’av. de la Chimie jusqu’au bout. 6- Au carrefour, rentrer en face sur le grand parking. 7- Rentrer dans le bâtiment B (ENSE3) par une des 2 portes donnant sur le parking. 8- Accès à la direction de Gipsa-lab par l’escalier central (3e étage).
X. Ceamanos. 26/07/11 1 IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 2
Mars observed by Viking Orbiters
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 3
Mars observed by Viking Orbiters
Geographical linear mixture
Pixel size
Mineral dust
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 4
Mars observed by Viking Orbiters
Geographical linear mixture
Pixel size
Mineral dust
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IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 6
HiRISE@MRO snapshot HiRISE@MRO (25 cm/pix) THEMIS ~100 m/pix
6
20 km
40 km
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HiRISE@MRO snapshot HiRISE@MRO (25 cm/pix) THEMIS ~100 m/pix
7
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HiRISE@MRO (25 cm/pix)
CRISM pixel footprint
CRISM
Mars Reconnaissance Orbiter
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IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 10
Photometric correction
Artifact cleaning
Atmospheric correction
Raw image
Clean image
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IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 12
BPSS endmember 1
BPSS endmember 2
BPSS endmember 3
BPSS endmember 4
BPSS endmember 5
BPSS endmember 6
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 50 100 150 200 250
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
REF
F va
lue
BPSS endmember spectra
0 50 100 150 200 250
0.1
0.15
0.2
0.25BPSS Dark source
0 50 100 150 200 2500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
CRISM spectral band
REF
F va
lue
BPSS Strong bright source
0 50 100 150 200 2500.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
CRISM spectral band
BPSS Weak bright source
e1’ e2’
e1 e2 e3 e4 e5 e6 e5’
e3’ e4’ e6’
A B
D C
sn : abundance map of endmember n
mn : spectral signature of endmember n
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 13
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 14
VCA [Nascimento’05]
MVC-‐NMF [Miao’07]
spatial-‐VCA [Zortea’09]
BPSS [Moussaoui’06]
First principles:
Geometric method with pure pixel assumption
Minimum volume constraint
Incorporation of spatial information
Statistical approach
Advantages: -‐ Fast & efficient -‐ Endmembers are
physical
-‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Homogeneous endmembers
-‐ Bayesian framework -‐ Error bars
Drawbacks: -‐ Impact of noise -‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra
-‐ Spatially-‐confined and less-‐
prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra -‐ High
computational time
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 15
VCA [Nascimento’05]
MVC-‐NMF [Miao’07]
spatial-‐VCA [Zortea’09]
BPSS [Moussaoui’06]
First principles:
Geometric method with pure pixel assumption
Minimum volume constraint
Incorporation of spatial information
Statistical approach
Advantages: -‐ Fast & efficient -‐ Endmembers are
physical
-‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Homogeneous endmembers
-‐ Bayesian framework -‐ Error bars
Drawbacks: -‐ Impact of noise -‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra
-‐ Spatially-‐confined and less-‐
prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra -‐ High
computational time
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 16
VCA [Nascimento’05]
MVC-‐NMF [Miao’07]
spatial-‐VCA [Zortea’09]
BPSS [Moussaoui’06]
First principles:
Geometric method with pure pixel assumption
Minimum volume constraint
Incorporation of spatial information
Statistical approach
Advantages: -‐ Fast & efficient -‐ Endmembers are
physical
-‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Homogeneous endmembers
-‐ Bayesian framework -‐ Error bars
Drawbacks: -‐ Impact of noise -‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra
-‐ Spatially-‐confined and less-‐
prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra -‐ High
computational time
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 17
VCA [Nascimento’05]
MVC-‐NMF [Miao’07]
spatial-‐VCA [Zortea’09]
BPSS [Moussaoui’06]
First principles:
Geometric method with pure pixel assumption
Minimum volume constraint
Incorporation of spatial information
Statistical approach
Advantages: -‐ Fast & efficient -‐ Endmembers are
physical
-‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Homogeneous endmembers
-‐ Bayesian framework -‐ Error bars
Drawbacks: -‐ Impact of noise -‐ Less-‐prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra
-‐ Spatially-‐confined and less-‐
prevalent endmembers
-‐ Non-‐physical spectra -‐ High
computational time
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IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 19
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 20
1.32 1.65 1.98 2.31 2.64
0.2
0.3
0.4Ap
pare
nt re
flect
ance
VCA associated spectra
1.32 1.65 1.98 2.31 2.640.1
0.2
0.3
0.4
Wavelength in microns
Appa
rent
refle
ctan
ce
MVC NMF associated spectra
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
1.32 1.65 1.98 2.31 2.640
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
BPSS associated spectra
1 2 3 4 5 6
1.32 1.65 1.98 2.31 2.64
0.1
0.2
0.3
0.4
Wavelength in microns
spatial VCA associated spectra
1 2 3 4 5 6
A! B!
C! D!
R1.1 um B2.3 um
A!
C!
B!
D!
Final product: composite abundance map!
Dark Strong bright Weak bright
Spectral product: spectral signatures Spatial product: abundance maps
A!
C!
B!
D!
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 21
Sources: Dark, strong bright, weak bright
HiRISE image
MVC-‐NMF composite map [Ceamanos TGRS 2011]
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 22
Sources: Dark, strong bright, weak bright
A!
C!
B!
D!
VCA
MVC-‐NMF
BPSS
spatial-‐VCA
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 23
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 24
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 25
HiRISE@MRO (25 cm/pix)
50 m CRISM HiRISE 150 m
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 26
Detail of the Russell dune observed by the CRISM and the HiRISE instruments. CRISM frt42aa in blue, HiRISE PSP_002482_1255 in green
Dark features
CO2 ice
reference abundance map
50 m CRISM HiRISE 150 m
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 27
Detail of the Russell dune observed by the CRISM and the HiRISE instruments. CRISM frt42aa in blue, HiRISE PSP_002482_1255 in green
Dark features
CO2 ice
reference abundance
map A!
C!
B!
D!
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 28
HiRISE PSP_002482_1255 CRISM frt000042aa Registration correlation coefficient
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
A! B! C!
Avg. Corr. = 0.7
0.25 m/pix 29862×63004 pix
18 m/pix 604×420 pix
2. Classification
1. Registration
3. Pixel counting
Classification map
Reg. HiRISE image
HiRISE image
CRISM image
Abundance map (ground truth)
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 29
2. Classification
1. Registration
3. Pixel counting
Classification map
Reg. HiRISE image
HiRISE image
CRISM image
Abundance map (ground truth)
Classification map Ground truth
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
A! B!
HiRISE PSP_002482_1255 CRISM frt000042aa Registration correlation coefficient
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
A! B! C!
Avg. Corr. = 0.7
0.25 m/pix 29862×63004 pix
18 m/pix 604×420 pix
IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 30
2. Classification
1. Registration
3. Pixel counting
Classification map
Reg. HiRISE image
HiRISE image
CRISM image
Abundance map (ground truth)
a(xj)=0.35 a(xi)=0.10
Classification map Ground truth
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
A! B!Pixel counting for two CRISM pixels
HiRISE PSP_002482_1255 CRISM frt000042aa Registration correlation coefficient
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
A! B! C!
Avg. Corr. = 0.7
0.25 m/pix 29862×63004 pix
18 m/pix 604×420 pix
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VCA BPSS MVC-‐NMF spatial-‐VCA
Ground truth
Registration accuracy • 10% error between ground truth and unmixing results • MVC-‐NMF obtains the best r = 0.83 and ε = 0.08 • BPSS provides accurate abundances • VCA provides underestimated abundances • spatial-‐VCA does not extract the dark source satisfactorily
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ACCES au laboratoire GIPSA-lab
Feuille de route
GIPSA-lab Bâtiment ENSE3 (ancien IEG) Domaine universitaire de Saint Martin d’Hères Grenoble France Batiment B 3e étage : direction du laboratoire Batiment B 3e étage : département Parole et Cognition Batiment B 2e étage : département Automatique Batiment D 1er étage : département Images-Signal
EN VOITURE Vous venez de Chambéry (A41) ENTREE 3 Rocade Sud sortie N°1 - Domaine universitaire
1- Au rond point, prendre à droite et rester sur la voie de droite 2- Au rond point, aller en face (av. de Vignate) 3- Au rond point, tourner à droite (rue de la Piscine) 4- Au bout, aller à gauche (av. de la Chimie). 5- Continuer sur l’av. de la Chimie jusqu’au bout. 6- Au carrefour, rentrer en face sur le grand parking. 7- Rentrer dans le bâtiment B (ENSE3) par une des 2 portes donnant sur le parking. 8- Accès à la direction de Gipsa-lab par l’escalier central (3e étage).
Vous venez de Lyon (A48) ou de Sisteron (A480) Direction Chambery Rocade Sud ENTREE 3 Sortie N°1 - Domaine universitaire
1- Au rond point de la sortie, faire le tour pour aller à gauche (passer sous la rocade)
2- Au rond point, aller en face (av. de Vignate) 3- Au rond point, tourner à droite (rue de la Piscine) 4- Au bout, aller à gauche (av. de la Chimie). 5- Continuer sur l’av. de la Chimie jusqu’au bout. 6- Au carrefour, rentrer en face sur le grand parking. 7- Rentrer dans le bâtiment B (ENSE3) par une des 2 portes donnant sur le parking. 8- Accès à la direction de Gipsa-lab par l’escalier central (3e étage).
X. Ceamanos. 26/07/11 34 IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr
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IGARSS 2011 -‐ [email protected]‐grenoble.fr X. Ceamanos. 26/07/11 36
Dark Strong bright Weak bright
Non-‐linear residue due to unaccurate
atmospheric correction
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Dark Strong bright Weak bright
target
VZA=-‐30º
Non-‐linear residue due to unaccurate
atmospheric correction
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Dark Strong bright Weak bright
target
VZA=30º
VZA=-‐30º
Non-‐linear residue due to unaccurate
atmospheric correction