Hyperspectral outcrop models for palaeoseismic studies

• Published in: The Photogrammetric Record
• Main Authors: Kirsch, Moritz, Lorenz, Sandra, Zimmermann, Robert, Andreani, Louis, Tusa, Laura, Pospiech, Solveig, Jackisch, Robert, Khodadadzadeh, Mahdi, Ghamisi, Pedram, Unger, Gabriel, Hödl, Philip, Gloaguen, Richard, Middleton, Maarit, Sutinen, Raimo, Ojala, Antti, Mattila, Jussi, Nordbäck, Nicklas, Palmu, Jukka-Pekka, Tiljander, Mia, Ruskeeniemi, Timo
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: 2019
• Subjects: ddc:551.22; geology; hyperspectral imaging; outcrop models; palaeoseismology; remote sensing; SfM photogrammetry; Laponie; Lapland
• Online Access: https://doi.org/10.1111/phor.12300; http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?gldocs-11858/9361

The traditional study of palaeoseismic trenches, involving logging, stratigraphic and structural interpretation, can be time consuming and affected by biases and inaccuracies. To overcome these limitations, a new workflow is presented that integrates infrared hyperspectral and photogrammetric data to support field-based palaeoseismic observations. As a case study, this method is applied on two palaeoseismic trenches excavated across a post-glacial fault scarp in northern Finnish Lapland. The hyperspectral imagery (HSI) is geometrically and radiometrically corrected, processed using established image processing algorithms and machine learning approaches, and co-registered to a structure-from-motion point cloud. HSI-enhanced virtual outcrop models are a useful complement to palaeoseismic field studies as they not only provide an intuitive visualisation of the outcrop and a versatile data archive, but also enable an unbiased assessment of the mineralogical composition of lithologic units and a semi-automatic delineation of contacts and deformational structures in a 3D virtual environment. Résumé L'étude traditionnelle des tranchées paléosismiques, impliquant l'enregistrement des coupes et l'interprétation stratigraphique et structurelle, peut prendre beaucoup de temps et être entachée de biais et d'inexactitudes. Pour surmonter ces limites, une nouvelle méthodologie est présentée, intégrant des données photogrammétriques et hyperspectrales infrarouges en appui aux observations paléosismiques de terrain. Comme étude de cas, cette méthode est appliquée à deux tranchées paléosismiques creusées à travers un escarpement de faille post-glaciaire dans le nord de la Laponie finlandaise. L'imagerie hyperspectrale (HSI) est corrigée géométriquement et radiométriquement, traitée à l'aide d'algorithmes classiques de traitement d'images et d'apprentissage machine, et recalée sur un nuage de points photogrammétrique. Les modèles virtuels d'affleurements améliorés par HSI constituent un complément utile aux études paléosismiques ...