Klassifikation von Fahrzeugen aus RGB- und LiDAR-Daten mit Convolutional Neural Networks

In den letzten Jahren wurde ein signifikanter Fortschritt in der Detektion, Identifikation und Klassifikation von Objekten und Bildern durch Convolutional Neural Networks (CNNs) gemacht. In dem vorliegenden Beitrag wird die Eignung von CNNs zur Analyse von RGB und LiDAR Fernerkundungsdaten anhand des Beispiels der Fahrzeugklassifikation untersucht. Hierfür werden drei unterschiedliche Methoden zum Trainieren von CNNs analysiert, die es ermöglichen, CNNs auf Datensätzen mit wenigen hunderten Trainingsbeispielen zu trainieren. Zwei der vorgestellten Methoden basieren auf dem Konzept des Transferlernens. Merkmale, die mit Hilfe eines vortrainierten CNNs erstellt werden, werden bei der ersten Methode mit einer Support Vector Machine (SVM) klassifiziert. Bei der zweiten Methode wird ein CNN' auf einen anderen Datensatz angepasst und ein Teil des CNN wird neu trainiert. Bei der dritten Methode werden eigene flache neuronale Netze designt und trainiert. Die Evaluation der Methoden erfolgt auf einem von der IEEE Geoscience and Remote Sensing Society (GRSS) bereitgestellt Datensatz aus kombinierten RGB und LiDAR Aufnahmen eines urbanen Bereiches. Es wird gezeigt, dass mit diesen Methoden sowohl auf RGB als auch auf LiDAR Daten Klassifikationsergebnisse von hoher Genauigkeit erzielt warden können. Anhand der Ergebnisse wird deutlich, dass durch Methoden des Transferlernens auf RGB Daten trainierte Merkmale auf LiDAR Daten übertragbar sind. Mit Hilfe dieser Merkmale werden auf LiDAR Daten genauere Klassifikationsergebnisse erzielt als auf RGB Daten. Die besten Klassifikationsergebnisse werden mit den selbst designten und trainierten neuronalen Netzen erreicht, welche aus deutlich weniger Ebenen aufgebaut sind als gängige tiefe neuronale Netze. Auch hier werden mit LiDAR Daten höhere Klassifikationsgenauigkeiten erreicht als mit RGB Daten.