The detection of early signs of volcanic unrest preceding an eruption, in the form of ground deformation in Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) data is critical for assessing volcanic hazard. In this work we treat this as a binary classification problem of InSAR images, and propose a novel deep learning methodology that exploits a rich source of synthetically generated interferograms to train quality classifiers that perform equally well in real interferograms. The imbalanced nature of the problem, with orders of magnitude fewer positive samples, coupled with the lack of a curated database with labeled InSAR data, sets a challenging task for conventional deep learning architectures. We propose a new framework for domain adaptation, in which we learn class prototypes from synthetic data with vision transformers. We report detection accuracy that amounts to the highest reported accuracy on a large test set for volcanic unrest detection. Moreover, we built upon this knowledge by learning a new, non-linear, projection between the learnt representations and prototype space, using pseudo labels produced by our model from an unlabeled real InSAR dataset. This leads to the new state of the art with 97.1% accuracy on our test set. We demonstrate the robustness of our approach by training a simple ResNet-18 Convolutional Neural Network on the unlabeled real InSAR dataset with pseudo-labels generated from our top transformer-prototype model. Our methodology provides a significant improvement in performance without the need of manually labeling any sample, opening the road for further exploitation of synthetic InSAR data in various remote sensing applications.


翻译:火山爆发前火山动乱早期迹象的探测,其形式为地表测量合成孔径雷达(InSAR)数据变形,这是评估火山危害的关键。在这项工作中,我们将此视为InSAR图像的二元分类问题,并提出一种新的深层次学习方法,利用合成生成的精密干涉图来培训质量分类人员,这些分类人员在真实的干涉图中表现同样良好。问题的不平衡性质,从数量上来说,正面的样本数量较少,加上缺少带有标签的InSAR数据的合成样本数据库,为传统的深层学习结构设置了一个具有挑战性的任务。我们提出了一个新的域适应框架,在这个框架中,我们用视觉变异器从合成数据中学习了类原型。我们的报告准确性在大型火山扰动探测测试集中达到了报告的最高精确度。此外,我们利用了一个新的非线,对所学模型和原型空间的预测,使用了由我们模型从未加贴标签的InSAR数据集产生的假标签。这导致新的艺术状态,用97.1的精确度来学习合成变现模型,用我们的标准测试集的精确度为我们的升级模型。

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