🛰️ SatCLIP - 全球通用地理位置编码器

CLIP

SatCLIP预训练和部署流程概览。

方法

SatCLIP通过对比学习训练位置和图像编码器，将图像与其对应的位置进行匹配。这类似于CLIP方法，后者将图像与相应的文本进行匹配。通过这个过程，位置编码器学习卫星图像所代表的位置特征。更多详细信息，请查看我们的论文。

概述

SatCLIP的使用非常简单：

from model import *
from location_encoder import *

model = SatCLIP(
    embed_dim=512,
    image_resolution=224, in_channels=13, vision_layers=4, vision_width=768, vision_patch_size=32, # 图像编码器
    le_type='sphericalharmonics', pe_type='siren', legendre_polys=10, frequency_num=16, max_radius=360, min_radius=1, harmonics_calculation='analytic'  # 位置编码器
)

img_batch = torch.randn(32, 13, 224, 224) # 表示32张图像的批次
loc_batch = torch.randn(32, 2) # 表示对应的32个位置（经度/纬度）

with torch.no_grad():
    logits_per_image, logits_per_coord = model(img_batch, loc_batch)
    probs = logits_per_image.softmax(dim=-1).detach().cpu().numpy()

训练

首先，您需要在/data/s2中下载S2-100k数据集。先下载索引文件：

cd data/s2
wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/index.csv

在/data/s2中，进入/images目录，下载所有图像并解压：

cd images
wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip.tar
tar -xf satclip.tar

现在，要训练SatCLIP模型，请设置正确的路径，调整satclip/configs/default.yaml中的训练配置，然后运行以下命令训练SatCLIP：

cd satclip
python main.py

S2-100K数据集的使用

S2-100K数据集是通过Microsoft Planetary Computer从Sentinel-2采样的100,000张多光谱卫星图像集。Copernicus Sentinel数据采集于2021年1月1日至2023年5月17日之间。该数据集在陆地上大致均匀采样，且仅包含无云覆盖的图像。该数据集仅供研究目的使用。如果您使用该数据集，请引用我们的论文。更多关于数据集的信息可以在我们的论文中找到。

预训练模型

CLIP

全球不同位置通过不同位置编码器获得的嵌入可视化。

我们提供六个预训练的SatCLIP模型，这些模型使用不同的视觉编码器和空间分辨率超参数$L$进行训练（这些表示用于球谐函数位置编码的勒让德多项式数量。更多详细信息请参阅我们的论文）。预训练模型可以通过以下方式下载：

SatCLIP-ResNet18-L10: wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip-resnet18-l10.ckpt
SatCLIP-ResNet18-L40: wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip-resnet18-l40.ckpt
SatCLIP-ResNet50-L10: wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip-resnet50-l10.ckpt
SatCLIP-ResNet50-L40: wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip-resnet50-l40.ckpt
SatCLIP-ViT16-L10: wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip-vit16-l10.ckpt
SatCLIP-ViT16-L40: wget https://satclip.z13.web.core.windows.net/satclip/satclip-vit16-l40.ckpt

预训练模型的使用非常简单：

from load import get_satclip

device = 'cuda'

c = torch.randn(32, 2) # 表示32个位置的批次（经度/纬度）

model = get_satclip('path_to_satclip', device=device) #默认只加载位置编码器
model.eval()
with torch.no_grad():
  emb  = model(c.double().to(device)).detach().cpu()

您也可以通过Hugging Face直接访问SatCLIP模型权重。

示例

关于如何获取和使用预训练的SatCLIP嵌入的示例可以在notebooks文件夹中找到。我们提供了以下用例的笔记本（针对Google Colab使用进行了优化）。

设置:

示例用例:

使用基线预训练位置编码器:

引用

@article{klemmer2023satclip,
  title={SatCLIP: Global, General-Purpose Location Embeddings with Satellite Imagery},
  author={Klemmer, Konstantin and Rolf, Esther and Robinson, Caleb and Mackey, Lester and Ru{\ss}wurm, Marc},
  journal={arXiv preprint arXiv:2311.17179},
  year={2023}
}

贡献

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