Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Andrade, Renan Bides de
Data de Publicação: 2020
Outros Autores: renanbides@gmail.com
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20286
Resumo: Deforestation is a worldwide problem which is responsible for serious environmental issues, such as biodiversity loss and climate change. Containing approximately ten percent of all biomass in the planet and habitat of one tenth of the known species, the Amazon biome has, in the last decades, being submitted to important deforestation pressure. Therefore, devising e cient deforestation detection methods is key to combat illegal deforestation and to give support to public policies targeting sustainable development in the Amazon. Aiming at contributing to the use of state-of-the-art technologies in the environmental management, this work implements and evaluates a deforestation detection approach based on a Fully Convolutional Deep Learning (DL) model for semantic segmentation, the DeepLabV3+. The results obtained with the use of the proposed approach are compared to those obtained with previously proposed patch classi cation DL-based methods (Early Fusion and Siamese Convolutional Network). In the reported experiments, it is employed a database, consisting of Landsat OLI-8 images acquired on di erent dates covering regions of the Amazon forest. The aim is evaluating the sensibility of the compared methods to the amount of training data. Additionally, distinct values of the parameters of the loss function used during training were evaluated. Results suggest that the tested variants of the proposed method signi cantly outperformed the other DL-based methods in terms of overall accuracy, F1-score and precision, while performed similarly in terms of the recall metric. Performance gain, when present, tended to be more substantial when limited amounts of images was used in the training.
id UERJ_534f64e3848b6cd65757f1343aa2668b
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/20286
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Mota, Guilherme Lucio AbelhaCosta, Gilson Alexandre Ostwald Pedro daXavier, Vinicius LayterFeitosa, Raul QueirozGomes, Otávio da Fonseca Martinshttp://lattes.cnpq.br/5225380155575397Andrade, Renan Bides derenanbides@gmail.com2023-09-11T17:26:38Z2020-03-04ANDRADE, Renan Bides de. Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia. 2020. 58 f. Dissertação( Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20286Deforestation is a worldwide problem which is responsible for serious environmental issues, such as biodiversity loss and climate change. Containing approximately ten percent of all biomass in the planet and habitat of one tenth of the known species, the Amazon biome has, in the last decades, being submitted to important deforestation pressure. Therefore, devising e cient deforestation detection methods is key to combat illegal deforestation and to give support to public policies targeting sustainable development in the Amazon. Aiming at contributing to the use of state-of-the-art technologies in the environmental management, this work implements and evaluates a deforestation detection approach based on a Fully Convolutional Deep Learning (DL) model for semantic segmentation, the DeepLabV3+. The results obtained with the use of the proposed approach are compared to those obtained with previously proposed patch classi cation DL-based methods (Early Fusion and Siamese Convolutional Network). In the reported experiments, it is employed a database, consisting of Landsat OLI-8 images acquired on di erent dates covering regions of the Amazon forest. The aim is evaluating the sensibility of the compared methods to the amount of training data. Additionally, distinct values of the parameters of the loss function used during training were evaluated. Results suggest that the tested variants of the proposed method signi cantly outperformed the other DL-based methods in terms of overall accuracy, F1-score and precision, while performed similarly in terms of the recall metric. Performance gain, when present, tended to be more substantial when limited amounts of images was used in the training.O desmatamento é um problema de amplo alcance e responsável por sérias questões ambientais, como perda de biodiversidade e mudanças climáticas globais. Contendo aproximadamente dez porcento de toda a biomassa do planeta e abrigando um décimo das espécies conhecidas, o bioma Amazônia enfrentou importantes pressões de desmatamento nas últimas décadas. A criação de métodos e cientes de detecção de desmatamento é, portanto, essencial para combater o desmatamento ilegal e auxiliar na concepção de políticas públicas direcionadas a promover o desenvolvimento sustentável na Amazônia. Tendo em vista contribuir para o uso de tecnologias recentes na gestão ambiental, este trabalho implementa e avalia uma abordagem de detecção de desmatamento baseada em um modelo de deep learning (DL) fully convolutional para segmentação semântica, o DeepLabV3+. Os resultados obtidos são comparados a métodos de patch classi cation baseados em DL propostos anteriormente (Early Fusion e Siamese Convolutional Network). Nos experimentos são empregadas imagens do sistema de Sensoriamento Remoto (SR) orbital Landsat OLI-8 obtidas em diferentes datas, cobrindo uma região da floresta amazônica, com intuito de avaliar a sensibilidade dos métodos à quantidade de dados de treinamento. Adicionalmente, foram avaliados distintos valores nos parâmetros da função de perda usada no treinamento do modelo proposto. Os resultados mostraram que a grande maioria das variantes do método proposto testadas superaram signi cativamente os outros métodos baseados em DL em termos das métricas overall accuracy e F1-score e precision, e obtendo resultados similares em termos de recall. Os ganhos no desempenho, quando presentes, foram ainda mais substanciais quando quantidades limitadas de amostras foram usadas no treinamento dos métodos avaliadosSubmitted by Bárbara CTC/A (babalusotnas@gmail.com) on 2023-09-11T17:26:38Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Renan Bides de Andrade - 2020 - Completa.pdf.pdf: 9017612 bytes, checksum: 5251f42d5e307c1ec99d18da8fd6f05a (MD5)Made available in DSpace on 2023-09-11T17:26:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Renan Bides de Andrade - 2020 - Completa.pdf.pdf: 9017612 bytes, checksum: 5251f42d5e307c1ec99d18da8fd6f05a (MD5) Previous issue date: 2020-03-04Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Ciências ComputacionaisUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e EstatísticaDeep LearningDeforestationSemantic SegmentationChange DetectionProcessamento de imagens – SegmentaçãoLinguagem de máquinaDesmatamento – Amazônia (Brasil)DesmatamentoSegmentação SemânticaDetecção de MudançasCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOSegmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na AmazôniaSemantic Image Segmentation Applied to Deforestation Detection in the Amazoninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertação - Renan Bides de Andrade - 2020 - Completa.pdfDissertação - Renan Bides de Andrade - 2020 - Completa.pdfapplication/pdf9017612http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20286/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Renan+Bides+de+Andrade+-+2020+-+Completa.pdf5251f42d5e307c1ec99d18da8fd6f05aMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20286/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/202862024-02-27 14:34:49.089oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:34:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Semantic Image Segmentation Applied to Deforestation Detection in the Amazon
title Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
spellingShingle Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
Andrade, Renan Bides de
Deep Learning
Deforestation
Semantic Segmentation
Change Detection
Processamento de imagens – Segmentação
Linguagem de máquina
Desmatamento – Amazônia (Brasil)
Desmatamento
Segmentação Semântica
Detecção de Mudanças
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
title_short Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
title_full Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
title_fullStr Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
title_full_unstemmed Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
title_sort Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia
author Andrade, Renan Bides de
author_facet Andrade, Renan Bides de
renanbides@gmail.com
author_role author
author2 renanbides@gmail.com
author2_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Mota, Guilherme Lucio Abelha
dc.contributor.advisor2.fl_str_mv Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Xavier, Vinicius Layter
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Feitosa, Raul Queiroz
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Gomes, Otávio da Fonseca Martins
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5225380155575397
dc.contributor.author.fl_str_mv Andrade, Renan Bides de
renanbides@gmail.com
contributor_str_mv Mota, Guilherme Lucio Abelha
Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da
Xavier, Vinicius Layter
Feitosa, Raul Queiroz
Gomes, Otávio da Fonseca Martins
dc.subject.eng.fl_str_mv Deep Learning
Deforestation
Semantic Segmentation
Change Detection
topic Deep Learning
Deforestation
Semantic Segmentation
Change Detection
Processamento de imagens – Segmentação
Linguagem de máquina
Desmatamento – Amazônia (Brasil)
Desmatamento
Segmentação Semântica
Detecção de Mudanças
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.subject.por.fl_str_mv Processamento de imagens – Segmentação
Linguagem de máquina
Desmatamento – Amazônia (Brasil)
Desmatamento
Segmentação Semântica
Detecção de Mudanças
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
description Deforestation is a worldwide problem which is responsible for serious environmental issues, such as biodiversity loss and climate change. Containing approximately ten percent of all biomass in the planet and habitat of one tenth of the known species, the Amazon biome has, in the last decades, being submitted to important deforestation pressure. Therefore, devising e cient deforestation detection methods is key to combat illegal deforestation and to give support to public policies targeting sustainable development in the Amazon. Aiming at contributing to the use of state-of-the-art technologies in the environmental management, this work implements and evaluates a deforestation detection approach based on a Fully Convolutional Deep Learning (DL) model for semantic segmentation, the DeepLabV3+. The results obtained with the use of the proposed approach are compared to those obtained with previously proposed patch classi cation DL-based methods (Early Fusion and Siamese Convolutional Network). In the reported experiments, it is employed a database, consisting of Landsat OLI-8 images acquired on di erent dates covering regions of the Amazon forest. The aim is evaluating the sensibility of the compared methods to the amount of training data. Additionally, distinct values of the parameters of the loss function used during training were evaluated. Results suggest that the tested variants of the proposed method signi cantly outperformed the other DL-based methods in terms of overall accuracy, F1-score and precision, while performed similarly in terms of the recall metric. Performance gain, when present, tended to be more substantial when limited amounts of images was used in the training.
publishDate 2020
dc.date.issued.fl_str_mv 2020-03-04
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-09-11T17:26:38Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv ANDRADE, Renan Bides de. Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia. 2020. 58 f. Dissertação( Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20286
identifier_str_mv ANDRADE, Renan Bides de. Segmentação Semântica de Imagens Aplicada à Detecção de Desmatamento na Amazônia. 2020. 58 f. Dissertação( Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20286
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciências Computacionais
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e Estatística
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20286/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Renan+Bides+de+Andrade+-+2020+-+Completa.pdf
http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20286/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 5251f42d5e307c1ec99d18da8fd6f05a
e5502652da718045d7fcd832b79fca29
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1811728739172614144