Hugging Face、OlmoEarth Studio の埋め込みエクスポート機能を導入
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Ai2 は OlmoEarth Studio からカスタム埋め込みをエクスポートする機能を導入し、類似度検索や変化検出などの下流分析を可能にする新たなツールを提供した。
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AI NEW LABで論点を見るAI深層分析を開く2026年8月13日 01:54
AI深層分析
キーポイント
カスタム埋め込みのエクスポート機能
OlmoEarth Studio からユーザーが独自に計算した埋め込みデータをエクスポートできる機能が追加されたことで、外部での分析が可能になる。
多様な下流タスクへの対応
類似度検索(「もっと似たもの」の発見)、Few-shot セグメンテーションによる風景ラベリング、変化検出といった具体的なユースケースが提示されている。
教師なし探索とファインチューニング
モデルが何を認識しているかを確認する教師なし探索や、さらに高度な活用を目指すためのファインチューニングへの道筋も示唆されている。
埋め込みベクトルの計算とエクスポート機能の提供
OlmoEarth Studio では、オープンソースの基盤モデルを用いて地球観測データのコンパクトな数値表現である埋め込みベクトルを計算し、Cloud-Optimized GeoTIFF (COG) 形式でエクスポートできるようになった。
多様な下流タスクへの応用と柔軟性
類似度検索やセグメンテーション、教師なし探索など幅広い用途に利用可能であり、ユーザーは領域、時間範囲、エンコーダーバリアントなどのパラメータを指定して軽量なデータを取得できる。
重要な引用
Computing embeddings in Studio
Similarity search: Finding 'more like this'
Few-shot segmentation: Labeling the landscape
Change detection: Spotting what shifted
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編集コメント
衛星画像解析における埋め込みデータの柔軟な利用を可能にするこの機能は、研究開発のスピードを加速させる。特に、特定のタスクに特化した下流分析を行う開発者にとって、データのエクスポートと再利用のハードルが下がることは大きな進歩である。
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- Studio での埋め込み計算
- OlmoEarth の埋め込みでできること 類似検索:「これに似たもの」を探す
- Few-shot セグメンテーション:風景のラベル付け
- 変化検出:何が変わったかを見つける
- 教師なし探索:モデルが見ているものを知る
- エクスポートから洞察へ
📄 テックレポート:https://allenai.org/papers/olmoearth | 📊 ドキュメント:https://docs.olmoearth.allenai.org/embeddings | 💻 OlmoEarth の詳細はこちら:https://allenai.org/olmoearth
地球観測モデルの構築プラットフォーム「OlmoEarth Studio」では、オープンソースの OlmoEarth 基盤モデルが生成した地球観測データのコンパクトな数値表現である埋め込みベクトル(embedding vectors)の計算とエクスポートが可能になりました。ソースコード と モデル重み は、研究論文 とともに公開されており、コミュニティは埋め込みベクトルがどのように生成されているかを直接確認できます。
埋め込みベクトルは、OlmoEarth を活用するための高速でコスト効率の高い入り口です。類似度検索からセグメンテーション、教師なし探索まで、幅広い下流タスクに対応しています。地表の特徴が似ている場所は似たベクトルに、異なる場所はそのベクトル空間上で遠く離れるように表現されます。当社のベンチマークや 独立した評価 において、OlmoEarth の埋め込みは高い性能を示しています。
エクスポートされる Cloud-Optimized GeoTIFF(COG)ファイルは軽量で共有が容易です。Studio の UI または API を利用して、関心のある領域、時間範囲、エンコーダーのバリアント、解像度、画像ソースを選択するだけで、自由に活用できる COG ファイルを取得できます。アプリケーションにさらに高いパフォーマンスが必要な場合は、Studio で 教師あり微調整(SFT) にも対応しています。
OlmoEarth Studio の利用者向けに、カスタム計算による埋め込みベクトル(embeddings)の利用が可能になりました。アクセスをご希望の方は こちら からお問い合わせください。公開されている OlmoEarth モデルを使用してご自身で埋め込みを計算する方法については、こちらのドキュメント をご覧ください。
Studio での埋め込み計算
*1.1M サンプルにわたる季節ごとの Sentinel-2 画像から得られる OlmoEarth 埋め込みの全体構造。色は PCA で次元削減された埋め込み空間内の 15 の k-means クラスタを示しています。
埋め込みの計算手順は、Studio における他の予測タスクと同じワークフローに従います。まずモデルを設定して実行し、結果をダウンロードします。出力を調整するためのパラメータはいくつか用意されています:
- 関心領域(Area of interest): ポリゴンを描画するかアップロードするだけで、画像の取得とタイリングは Studio が自動処理します。
- 期間設定: 1 ヶ月から 12 ヶ月の月次期間を選択可能です。
- エンコーダーのバリエーション: Nano(次元数 128、パラメータ数 140 万)、Tiny(次元数 192、パラメータ数 620 万)、Base(次元数 768、パラメータ数 8,900 万)から選べます。
- 空間解像度: ピクセルあたり 10 メートル、20 メートル、40 メートル、または 80 メートルを選択できます。
- 画像ソース: Sentinel-2 L2A、Sentinel-1 RTC、あるいは両方を組み合わせることも可能です。
*同じ埋め込みラスターに対して適用された異なる可視化オプションの例。*
OlmoEarth Studio では、各埋め込み次元に対応する 1 バンドの COG(Cloud Optimized GeoTIFF)が提供されます。ベクトルは符号付き 8 ビット整数(int8)として保存されており、値の範囲は -127 から +127 です。-128 はデータなし(nodata)用に予約されています。浮動小数点形式のベクトルへ復元するには、olmoearth_pretrain の dequantize_embeddings をご参照ください。
すべての計算はオンデマンドで行われ、事前計算されたグローバルアーカイブからデータを取得するわけではないため、生成される埋め込みはあなたが重視する条件を正確に反映します。月次で埋め込みを生成することで、年次のスナップショットだけでなく、季節的なダイナミクスも捉えることが可能です。
OlmoEarth 埋め込みの活用事例
以下の例ではすべて、40 メートル解像度の Sentinel-2 L2A コンポジット(変更検出を除くほとんどのケースは年次データ)を用いた OlmoEarth-v1-Tiny(192 次元)埋め込みを使用しています。Tiny は軽量なエンコーダーですが、高い性能を発揮します。ご自身のアプリケーションでは、計算コストとストレージ容量が増加する代わりに、より大規模なバリアントに差し替えることも可能です。
類似度検索:「これに似たもの」の発見
クエリピクセルを選択し、その埋め込みを抽出して、他のすべてのピクセルとのコサイン類似度を計算します。結果として得られるヒートマップは、景観がクエリピクセルと最も似ている場所と最も異なる場所を示すものです。
このクエリはカリフォルニア州のメルセド市街地の近くにあります。都市部や道路網は明確に明るく表示される一方、農地は暗いままです。このモデルは、ラベルなしで建設地と農地を区別しています。
クエリを小さな農地領域に切り替え、その領域内の埋め込みベクトルの平均値をクエリベクトルとして定義します。その後、最も類似度が高く、また最も低い場所の Sentinel-2 画像を引き出して、モデルが何を「似ている」「似ていない」と見なしているかを確認します。
最も類似度の高いパッチ(0.89 以上)はすべて灌漑された農地です。一方、最も類似度が低いもの(ほぼゼロ)には、周囲に裸地がある空港、乾燥した地形を持つ貯水池、そして乾いた放牧地が含まれます。学習データもラベルも不要です。埋め込み空間における単なる内積計算だけです。
Few-shot segmentation: Labeling the landscape
類似度検索は「どこがこれに似ているか」を教えてくれますが、時には領域全体に離散的なラベルを付与する必要があります。表現がすでに豊富であるため、単純な線形分類器でも、ごく少数のラベル付きピクセルから壁から壁まで続く土地利用マップを生成できます。
この手法を検証するため、ベトナムのカマウ(Ca Mau)沿岸のマングローブ地域において、わずか *60 ピクセル*(各クラス 20 ピクセルずつ)のみを手動でラベル付けしました。ラベルソースには ESA WorldCover 2021 を使用し、マングローブ、水域、その他の 3 クラスに対して各クラスからランダムに 20 ピクセルをサンプリング。特徴ごとの標準化を行ったロジスティック回帰モデルを訓練し、地域内のすべてのピクセルを予測しました。
ラベル付きピクセルが 60 個あるだけで、分類器は *加重 F1 スコア 0.84* を達成する整合性の高いマップを生成します。マングローブ林、潮路、開放水域などが地域全体にわたって明確に描き出されます。この分類器は非常に早く飽和し、ラベル数を 30 から 300 に増やしても精度はほとんど変わりません。これは埋め込み表現が主要な処理を担っているためです。
分析の核心となるのは、数行の Python コードだけです。
import rasterio
import numpy as np
from sklearn.pipeline import make_pipeline
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
# Load the 192-band embedding COG exported from Studio
with rasterio.open("embeddings.tif") as ds:
emb = ds.read().astype(np.float32) # (192, H, W)
C, H, W = emb.shape
X = emb.reshape(C, -1).T # (H*W, 192)
# Train on labeled pixels, predict everywhere
clf = make_pipeline(StandardScaler(), LogisticRegression(max_iter=2000))
clf.fit(X[train_idx], labels[train_idx])
prediction = clf.predict(X).reshape(H, W)
これは*線形プローブ*と呼ばれる手法で、ファウンデーションモデルの評価において標準的なアプローチです。192 次元の埋め込み表現に対してロジスティック回帰を適用するだけで、わずか数個のラベルから土地被覆の境界を復元できることは、Tiny エンコーダーが事前学習段階でこれらの生態学的な違いを整理して学習したことを意味しています。より大規模なバリアント(Base モデルや 768 次元版)では、さらに豊かな表現が得られます。
もし正解となるポリゴンデータ、現地調査の観測点、あるいは粗い既存マップをお持ちであれば、同様の分類器を訓練して、ご自身の関心領域に対して壁から壁まで連続したマップを作成することも可能です。
変化検出:何が変わったかを見極める
Studio では任意の時系列解像度(月次から年次まで)で埋め込み表現を生成できるため、2 つの時期を直接比較して地表状態の変化箇所を特定できます。以下では、カリフォルニア州バット郡における 2023 年 9 月と 2024 年 9 月の同じ地域について、月次の Sentinel-2 埋め込み表現を計算し、ピクセルごとのコサイン距離を測定しました。その結果、2024 年 7 月から 9 月に発生したパーク火災の焼失域が即座に浮かび上がります。
ラベルも学習も不要です。埋め込み表現の COG ファイル 2 つと、数行の Python コードがあれば十分です。
教師なし探索:モデルが何を見ているか
クエリ地点や参照ラベルを持たない場合でも、埋め込みデータにどのような構造が存在するかを理解したいことがあります。そのようなとき、主成分分析(PCA)は有効な手法です。データを3次元に圧縮し、RGB カラーマッピングして偽色画像として表示すれば、類似した埋め込みは自動的に類似した色で描画されます。
オランダのフェヴロランドは、規則的な農地区画がグリッド状に広がる干拓地です。PCA による偽色画像はこの境界を高い忠実度で再現しています。異なる作物の種類、水域、都市部などはそれぞれ明確な色調で表現され、埋め込みデータは「区画」や「作物」という概念を明示的に教えられることなく、景観の構造を内部に学習していることがわかります。
このような教師なしによる視覚化は、関心領域全体でモデルがどのような構造を捉えているかを素早く確認する手段となります。
エクスポートから洞察へ
類似度検索、少数ショットセグメンテーション、変化検出、そして PCA 探索といった操作は、標準的なラスターデータ上で数秒で実行可能なシンプルな処理です。その真価を発揮するのは埋め込みデータにあります。これは地球観測データを圧縮した学習表現であり、多数のセンサーや数百万の訓練例から得た情報を各地点ごとに捉えたベクトルとして表現しています。
カスタム埋め込みエクスポートが利用可能になりました。プロジェクトを作成し、埋め込みモデルを設定して 埋め込みの計算 を行います。エクスポートされた GeoTIFF ファイルは、QGIS、GDAL、rasterio、あるいは独自のスクリプトなど、あらゆる地理空間ツールで利用可能です。
本記事の例を再現する完全なコードについては、埋め込みチュートリアル をご覧ください。このチュートリアルには、類似度検索、few-shot セグメンテーション、変化検出、そして PCA 可視化 のための動作するコードが含まれています。
ローカル環境のセットアップなしで実際に試したい場合は、Colab ノートブック をお試しください。
さらに踏み出す:ファインチューニング
本記事の例はいずれも、タスク固有の学習を行わない凍結埋め込み(frozen embeddings)を使用しています。埋め込みは OlmoEarth の活用における優れた入り口です。これにより、高速かつコスト効率の高い結果生成が可能となり、リソースが限られた環境でも良好に動作し、共有も容易です。
より高い性能が必要な用途には、OlmoEarth Studio が SFT をサポートしています。これは独自ラベルに基づいてタスク固有のモデルヘッドを学習させる手法で、凍結特徴量に対する線形プローブよりも通常は優れた性能を発揮します。
制限事項
私たちは常に事前学習アプローチの改善に取り組んでいますが、上記の手法の一部を用いて、自らのユースケースにおける埋め込みの品質を確認することが重要です。また、パフォーマンスは入力画像の質にも依存します。恒久的な雲の被覆や大気アーティファクト、合成期間中の観測欠落などが、生成されるベクトルに影響を与える可能性があります。
*European Space Agency による Sentinel-2 L2A イメージ(Microsoft Planetary Computer を経由してアクセス)。マングローブ参照には ESA WorldCover 2021 v200 を使用。グローバルなクラスタリング可視化は、OlmoEarth-v1-Base (768 次元) と季節ごとの Sentinel-2 コンポジット(パッチサイズ 8)を用い、事前学習サンプル 110 万件にわたるインスタンスレベルの埋め込みで構成されています。*
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- Computing embeddings in Studio
- What you can do with OlmoEarth embeddings Similarity search: Finding "more like this"
- Few-shot segmentation: Labeling the landscape
- Change detection: Spotting what shifted
- Unsupervised exploration: Seeing what the model sees
- From export to insight
- Going further: fine-tuning Limitations
📄 Tech Report: https://allenai.org/papers/olmoearth | 📊 Documentation: https://docs.olmoearth.allenai.org/embeddings | 💻 Learn more about OlmoEarth: https://allenai.org/olmoearth
OlmoEarth Studio, our platform for building Earth observation models, now lets you compute and export embedding vectors—compact numerical representations of Earth-observation data produced by our open source OlmoEarth foundation models. The source code and model weights are publicly available alongside the research paper, so the community can inspect exactly how these embeddings are generated.
Embeddings are a fast, cost-effective entry point for leveraging OlmoEarth: they support a wide range of downstream tasks, from similarity search to segmentation to unsupervised exploration. Locations with similar surface characteristics end up with similar vectors; locations that differ land far apart. OlmoEarth embeddings have shown strong performance in our own benchmarking and in independent evaluations. The exported Cloud-Optimized GeoTIFFs (COGs) are lightweight and easy to share. Choose your area of interest, time range, encoder variant, resolution, and imagery sources via the Studio UI or API, and get back a COG you can use however you like. If your application requires higher performance, Studio also supports supervised fine-tuning (SFT).
Custom-computed embeddings are now available for users of OlmoEarth Studio. Reach out if you're interested in gaining access. Instructions for using the publicly available OlmoEarth models to compute your own embeddings are available here.
Computing embeddings in Studio
*Global structure in OlmoEarth embeddings from seasonal Sentinel-2 imagery across 1.1M samples. Colors indicate 15 k-means clusters in a PCA-reduced embedding space.*
Computing embeddings follows the same workflow as any other prediction in Studio. First configure a model and run it, and then download the results. Several parameters tailor the output:
- Area of interest: Draw or upload any polygon; Studio handles imagery acquisition and tiling.
- Time span: 1-12 monthly periods.
- Encoder variant: Nano (128-dim, 1.4M params), Tiny (192-dim, 6.2M params), or Base (768-dim, 89M params).
- Spatial resolution: 10 meter, 20 meter, 40 meter, or 80 meter per pixel.
- Imagery sources: Sentinel-2 L2A, Sentinel-1 RTC, or both.
*Different visualization options applied to the same embedding raster.*
Studio delivers a COG with one band per embedding dimension. Vectors are stored as signed 8-bit integers (int8). Values range from -127 to +127, with -128 reserved for nodata. To recover floating-point vectors, see dequantize_embeddings in olmoearth_pretrain.
Because everything is computed on demand rather than pulled from a pre-computed global archive, your embeddings reflect exactly the conditions you care about. You can generate monthly embeddings to capture seasonal dynamics, not just annual snapshots.
What you can do with OlmoEarth embeddings
The examples below all use OlmoEarth-v1-Tiny (192-dim) embeddings at 40-meter resolution with Sentinel-2 L2A composites (annual for most examples; monthly for change detection). Tiny is a lightweight encoder but still highly performant; for your own applications, you can swap it for a larger variant at the cost of higher compute and storage.
Similarity search: Finding "more like this"
Pick a query pixel, extract its embedding, and compute cosine similarity against every other pixel. The result is a heatmap showing where the landscape looks most and least like your query pixel.
This query sits near the Merced urban center in California. Urban fabric and road corridors light up coherently while agricultural parcels stay dark. The model distinguishes built-up surfaces from cropland without any labels.
Switching the query to a small agricultural window, we define the query vector as the mean of the embedding vectors over that window, then pull Sentinel-2 imagery at the highest- and lowest-similarity locations to see what the model treats as similar and dissimilar.
The most similar patches (0.89 and above) are all agricultural parcels with irrigated fields. The least similar (around zero) are an airport with surrounding bare ground, a reservoir with dry terrain, and arid rangeland. No training data, no labels, just a dot product in embedding space.
Few-shot segmentation: Labeling the landscape
Similarity search tells you "where is it like this?" but sometimes you need discrete labels across a region. Because the representations are already rich, a simple linear classifier can produce a wall-to-wall land-cover map from very few labeled pixels.
To test this, we labeled just *60 pixels* (20 per class) over Ca Mau, Vietnam, a coastal mangrove region. Using ESA WorldCover 2021 as the label source for three classes (mangrove, water, other), we randomly sampled 20 pixels per class, trained a logistic regression with per-feature standardization, and predicted every pixel in the region.
From 60 labeled pixels, the classifier produces a coherent map with *weighted F1 = 0.84*. Mangrove stands, tidal channels, and open water are delineated across the entire region. The classifier saturates quickly: increasing from 30 to 300 labels barely changes accuracy, because the embeddings are doing most of the heavy lifting.
The core of the analysis is a few lines of Python:
import rasterio
import numpy as np
from sklearn.pipeline import make_pipeline
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
# Load the 192-band embedding COG exported from Studio
with rasterio.open("embeddings.tif") as ds:
emb = ds.read().astype(np.float32) # (192, H, W)
C, H, W = emb.shape
X = emb.reshape(C, -1).T # (H*W, 192)
# Train on labeled pixels, predict everywhere
clf = make_pipeline(StandardScaler(), LogisticRegression(max_iter=2000))
clf.fit(X[train_idx], labels[train_idx])
prediction = clf.predict(X).reshape(H, W)
This is a *linear probe*, a standard evaluation for foundation models. The fact that a logistic regression over 192 dimensions recovers land-cover boundaries from so few labels means the Tiny encoder has organized these ecological distinctions during pretraining. Larger variants (Base, 768-dim) encode even richer representations.
If you have ground-truth polygons, field survey points, or a coarse existing map, you can train a similar classifier and produce a wall-to-wall map for your own region of interest.
Change detection: Spotting what shifted
Because Studio can generate embeddings at any temporal resolution (monthly through annual), you can compare two time periods directly to identify where surface conditions have changed. Below, we computed monthly Sentinel-2 embeddings for the same region in September 2023 and September 2024 and measured per-pixel cosine distance. The Park Fire (July-September 2024) burn scar in Butte County, California lights up immediately.
No labels or training required—just two embedding COGs and a few lines of Python.
Unsupervised exploration: Seeing what the model sees
Sometimes you have no query location or reference labels. You just want to understand what structure exists in the embeddings. Principal Component Analysis (PCA) is a clean way to do this: reduce to three dimensions, map to R/G/B, and display as a false-color image. Similar embeddings get similar colors automatically.
Flevoland, in the Netherlands, is a reclaimed polder landscape with a regular grid of agricultural parcels. The PCA false-color image reproduces those boundaries with high fidelity. Different crop types, water bodies, and urban areas each get distinct hues. The embedding has internalized landscape structure without ever being told what a parcel or crop is.
This kind of unsupervised view is a quick way to see what structure the model has picked up across your area of interest.
From export to insight
Similarity search, few-shot segmentation, change detection, and PCA exploration are simple operations on standard raster data that run in seconds. The power comes from the embeddings: learned representations that compress earth observation data into vectors capturing rich information about each location from many sensors and millions of training examples.
Custom embedding exports are available now. Create a project, configure an embeddings model, and compute your embeddings. The exported GeoTIFF works with any geospatial tool: QGIS, GDAL, rasterio, or your own scripts. For end-to-end code reproducing the examples in this post, see the embeddings tutorial, which includes working code for similarity search, few-shot segmentation, change detection, and PCA visualization. To get hands-on without any local setup, try the Colab notebook.
Going further: fine-tuning
The examples in this post all use frozen embeddings with no task-specific training. Embeddings are a great entry point for leveraging OlmoEarth: they enable fast, cost-effective generation of results, work well in resource-constrained environments, and are easy to share. For applications that require higher performance, OlmoEarth Studio also supports SFT, training a task-specific model head on your own labels, which typically outperforms linear probes on frozen features.
Limitations
While we are always working to improve our pretraining approaches, it's important to check the quality of the embeddings for your use case using some of the techniques described above. Performance also depends on the quality of the input imagery—persistent cloud cover, atmospheric artifacts, or missing observations in the composite period can affect the resulting vectors.
*Sentinel-2 L2A imagery from the European Space Agency, accessed via Microsoft Planetary Computer. ESA WorldCover 2021 v200 for mangrove reference. The global clustering visualization uses OlmoEarth-v1-Base (768-dim) with seasonal Sentinel-2 composites at patch size 8, instance-level embeddings over 1.1M pretraining samples.*
今日のまとめ
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