We present a pipeline for geomorphological analysis that uses structure from motion (SfM) and deep learning on close-range aerial imagery to estimate spatial distributions of rock traits (size, roundness, and orientation) along a tectonic fault scarp. The properties of the rocks on the fault scarp derive from the combination of initial volcanic fracturing and subsequent tectonic and geomorphic fracturing, and our pipeline allows scientists to leverage UAS-based imagery to gain a better understanding of such surface processes. We start by using SfM on aerial imagery to produce georeferenced orthomosaics and digital elevation models (DEM). A human expert then annotates rocks on a set of image tiles sampled from the orthomosaics, and these annotations are used to train a deep neural network to detect and segment individual rocks in the entire site. The extracted semantic information (rock masks) on large volumes of unlabeled, high-resolution SfM products allows subsequent structural analysis and shape descriptors to estimate rock size, roundness, and orientation. We present results of two experiments conducted along a fault scarp in the Volcanic Tablelands near Bishop, California. We conducted the first, proof-of-concept experiment with a DJI Phantom 4 Pro equipped with an RGB camera and inspected if elevation information assisted instance segmentation from RGB channels. Rock-trait histograms along and across the fault scarp were obtained with the neural network inference. In the second experiment, we deployed a hexrotor and a multispectral camera to produce a DEM and five spectral orthomosaics in red, green, blue, red edge, and near infrared. We focused on examining the effectiveness of different combinations of input channels in instance segmentation.


翻译:我们提出了一个地貌分析管道,该管道利用运动(SfM)和近距离航空图像深度学习的结构,来估计构造断层断裂处的岩石特征(大小、圆度和方向)的空间分布。断层断裂处岩石的特性来自最初火山碎裂及随后构造和地貌断裂的组合。我们的管道使科学家能够利用基于UAS的图像更好地了解这些表面过程。我们首先利用空中图像的SfM来生成地理参照的正方形图像和数字升程模型(DEM)。一位人类专家然后对一组从断层断层断层取样的图像砖块进行笔记。断层的岩石特性来自最初的火山碎裂和随后的构造断层和深层图像。我们提取的关于大量无标记的、高分辨率的SfM产品(岩石口罩)的语系信息,随后进行结构分析,并绘制了对岩石大小、圆形和数字高度高度的模型模型(DD)。我们展示了两处的直径直径直径的直径直径直径直路路路路段的实验结果。我们先在直径直径直径直径4直径直径直径直径直径对地进行了。

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