Glacier calving front position (CFP) is an important glaciological variable. Traditionally, delineating the CFPs has been carried out manually, which was subjective, tedious and expensive. Automating this process is crucial for continuously monitoring the evolution and status of glaciers. Recently, deep learning approaches have been investigated for this application. However, the current methods get challenged by a severe class-imbalance problem. In this work, we propose to mitigate the class-imbalance between the calving front class and the non-calving front class by reformulating the segmentation problem into a pixel-wise regression task. A Convolutional Neural Network gets optimized to predict the distance values to the glacier front for each pixel in the image. The resulting distance map localizes the CFP and is further post-processed to extract the calving front line. We propose three post-processing methods, one method based on statistical thresholding, a second method based on conditional random fields (CRF), and finally the use of a second U-Net. The experimental results confirm that our approach significantly outperforms the state-of-the-art methods and produces accurate delineation. The Second U-Net obtains the best performance results, resulting in an average improvement of about 21% dice coefficient enhancement.


翻译:磁性神经网络最优化地预测了图像中每个像素的冰川前端的距离值。 由此产生的距离地图将CFP本地化, 并正在进一步进行后处理以提取切分线。 我们提出了三种后处理方法, 一种基于统计门槛的方法, 一种基于有条件随机字段的第二种方法, 最后是使用第二个U- Net。 实验结果证实,我们的方法大大超越了以21为主的精确性能提升方法。

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条件随机域(场)(conditional random fields,简称 CRF,或CRFs),是一种判别式概率模型,是随机场的一种,常用于标注或分析序列资料,如自然语言文字或是生物序列。 如同马尔可夫随机场,条件随机场为具有无向的图模型,图中的顶点代表随机变量,顶点间的连线代表随机变量间的相依关系,在条件随机场中,随机变量 Y 的分布为条件机率,给定的观察值则为随机变量 X。原则上,条件随机场的图模型布局是可以任意给定的,一般常用的布局是链结式的架构,链结式架构不论在训练(training)、推论(inference)、或是解码(decoding)上,都存在效率较高的算法可供演算。
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