BLIND SOURCE SEPARATION OF HYPERSPECTRAL DATA IN PLANETARY REMOTE SENSING: ENDMEMBER EXTRACTION AND...

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



Geographical linear mixture

Pixel size

Mineral dust


HiRISE@MRO snapshot HiRISE@MRO (25 cm/pix) THEMIS ~100 m/pix

6

20 km

40 km


HiRISE@MRO snapshot HiRISE@MRO (25 cm/pix) THEMIS ~100 m/pix

7


HiRISE@MRO (25 cm/pix)

CRISM pixel footprint

CRISM

Mars Reconnaissance Orbiter


Photometric correction

Artifact cleaning

Atmospheric correction

Raw image

Clean image


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


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






First principles:






physical









computational time


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!


Sources: Dark, strong bright, weak bright

HiRISE image

MVC-‐NMF composite map [Ceamanos TGRS 2011]


Sources: Dark, strong bright, weak bright

A!

C!

B!

D!

VCA

MVC-‐NMF

BPSS

spatial-‐VCA


HiRISE@MRO (25 cm/pix)

50 m CRISM HiRISE 150 m


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


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!


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)


2. Classification

1. Registration

3. Pixel counting

Classification map

Reg. HiRISE image

HiRISE image

CRISM image


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!


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


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


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


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

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



Non-‐linear residue due to unaccurate

atmospheric correction



target

VZA=-‐30º





target

VZA=30º

VZA=-‐30º



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