SkySense: A Multi-Modal Remote Sensing Foundation Model Towards Universal Interpretation for Earth Observation Imagery

情态动词 计算机科学 背景(考古学) 地球观测 合成孔径雷达 一般化 人工智能 比例(比率) 粒度 自编码 边距(机器学习) 模态(人机交互) 遥感 光学(聚焦) 深度学习 机器学习 地理 工程类 地图学 高分子化学 化学 物理 考古 航空航天工程 数学分析 光学 操作系统 数学 卫星
作者
Xueyi Guo,Jiangwei Lao,Bo Dang,Yingying Zhang,Lei Yu,Lixiang Ru,Liheng Zhong,Ziyuan Huang,Kang Wu,Dingxiang Hu,Huimei He,Jian Wang,Jingdong Chen,Mi Yang,Yongjun Zhang,Yansheng Li
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2312.10115
摘要

Prior studies on Remote Sensing Foundation Model (RSFM) reveal immense potential towards a generic model for Earth Observation. Nevertheless, these works primarily focus on a single modality without temporal and geo-context modeling, hampering their capabilities for diverse tasks. In this study, we present SkySense, a generic billion-scale model, pre-trained on a curated multi-modal Remote Sensing Imagery (RSI) dataset with 21.5 million temporal sequences. SkySense incorporates a factorized multi-modal spatiotemporal encoder taking temporal sequences of optical and Synthetic Aperture Radar (SAR) data as input. This encoder is pre-trained by our proposed Multi-Granularity Contrastive Learning to learn representations across different modal and spatial granularities. To further enhance the RSI representations by the geo-context clue, we introduce Geo-Context Prototype Learning to learn region-aware prototypes upon RSI's multi-modal spatiotemporal features. To our best knowledge, SkySense is the largest Multi-Modal RSFM to date, whose modules can be flexibly combined or used individually to accommodate various tasks. It demonstrates remarkable generalization capabilities on a thorough evaluation encompassing 16 datasets over 7 tasks, from single- to multi-modal, static to temporal, and classification to localization. SkySense surpasses 18 recent RSFMs in all test scenarios. Specifically, it outperforms the latest models such as GFM, SatLas and Scale-MAE by a large margin, i.e., 2.76%, 3.67% and 3.61% on average respectively. We will release the pre-trained weights to facilitate future research and Earth Observation applications.
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