Generating Realistic Images of Oil and Gas Infrastructure in Satellite Imagery Using Diffusion Models

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study investigated the feasibility of applying machine learning methods, specifically generative models, for semantic editing of satellite imagery. The research focused on an architecture based on diffusion models capable of generating desirable objects directly on satellite images. However, significant shortcomings were identified in the standard model with regard to realism and relevance to the surrounding context, given the specific nature of the chosen subject area, namely the generation of realistic images of oil and gas infrastructure objects (such as pipelines). To address this limitation, fine-tuning of the neural network was performed. The objective of the fine-tuning was to enhance the quality of visualizing pipeline-related design solutions. A methodological approach for creating training dataset was proposed and described in detail. Based on actual pipeline routes, spatially referenced vector layers were created in QGIS, and a set of satellite image tiles with precise pipeline boundary annotations was generated. The results of the experimental fine-tuning demonstrated a significant improvement in the quality of generated images depicting oil and gas infrastructure objects in satellite imagery compared to the original, non-adapted model. The developed fine-tuned model enables highly realistic pipeline generation, effectively integrating them into the existing landscape within the image. Visual comparison of results before and after fine-tuning confirms the elimination of artifacts and the achievement of the required level of detail. This work demonstrates the effectiveness of the approach involving the creation of specific datasets and fine-tuning for solving specialized visualization tasks in remote sensing.

About the authors

Vasily K. Lobanov

RUDN University

Email: lobanov_vk@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0001-8163-9663
SPIN-code: 7266-5340

Senior Lecturer of the Department of Mechanics and Control Processes, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Mariia S. Kondrashina

RUDN University

Author for correspondence.
Email: 1132236536@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0008-8526-9143

Master student of the Department of Mechanics and Control Processes, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Shamil M. Gadzhiev

RUDN University

Email: 1132236511@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0006-1570-4133

Master student of the Department of Mechanics and Control Processes, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Maksad Sh. Sokibekov

RUDN University

Email: 1032185455@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0009-0261-7374

Master student of the Department of Architecture, Restoration and Design, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

References

  1. Immanuel SA, Cho W, Heo J, Kwon D. Tackling Few-Shot Segmentation in Remote Sensing via Inpainting Diffusion Model. ICLR 2025 Machine Learning for Remote Sensing (ML4RS) Workshop. 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.03785
  2. Rombach R, Blattmann A, Lorenz D, Esser P, Ommer B. High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models. 2022 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR); 2022 June 18-24; New Orleans, LA, USA. IEEE. 2022:10674-10685. https://doi.org/10.1109/CVPR52688.2022.01042
  3. Panboonyuen T, Charoenphon C, Satirapod C. SatDiff: A Stable Diffusion Framework for Inpainting Very High-Resolution Satellite Imagery. IEEE Access. 2025;13:51617-51631. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2025.3551782
  4. Kingma DP, Welling M. Auto-Encoding Variational Bayes (Version 11). International Conference on Learning Representations (ICLR). 2014. https://doi.org/10.48550/ARXIV.1312.6114
  5. Ronneberger O, Fischer P, Brox T. U-Net: Convo-lutional networks for biomedical image segmentation. Medical Image Computing and Computer-Assisted Inter-vention MICCAI. 2015;9351;234-241. https://doi.org/10.48550/arXiv.1505.04597
  6. Radford A, Kim JW, Hallacy C, Ramesh A, Goh G, Agarwal S, et al. Learning Transferable Visual Models from Natural Language Supervision. Proceedings of the 38th International Conference on Machine Learning, PMLR. 2021;139:8748-8763. https://doi.org/10.48550/ARXIV.2103.00020
  7. Liu F, Chen D, Guan Z, Zhou X, Zhu J, Ye Q, et al. RemoteCLIP: A Vision Language Foundation Model for Remote Sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2024;62:1-16. https://doi.org/10.1109/TGRS.2024.3390838
  8. He K, Zhang X, Ren S, Sun J. Deep Residual Learning for Image Recognition. The IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). 2016;770-778. https://doi.org/10.48550/ARXIV.1512.03385
  9. Dosovitskiy A, Beyer L, Kolesnikov A, Weissenborn D, Zhai X, Unterthiner T, et al. An Image is Worth 16×16 Words: Transformers for Image Recognition at Scale. International Conference on Learning Representations (ICLR 2021). https://doi.org/10.48550/ARXIV.2010.11929
  10. Immanuel SA, Cho W, Heo J, Kwon D. Tackling Few-Shot Segmentation in Remote Sensing via Inpainting Diffusion Model. ICLR 2025 Machine Learning for Remote Sensing (ML4RS) Workshop. 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.03785

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».