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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32534| Tipo: | TCC |
| Título: | Avaliação Comparativa de Modelos de Segmentação Semântica de Nuvens em Imagens de Satélite |
| Autor(es): | Silva, Gregory Filipe Lira da |
| Primeiro Orientador: | Batista, Leonardo Vidal |
| Resumo: | A presença de nuvens em imagens de satélite apresenta desafios significativos em diversas áreas, incluindo meteorologia, agricultura e monitoramento ambiental, devido à necessidade de distinguir as nuvens de outros elementos presentes nas imagens. O avanço tecnológico no sensoriamento remoto e a ampla disponibilidade de imagens de satélite têm proporcionado percepções valiosas sobre o ambiente terrestre. A detecção precisa e a compreensão subsequente da presença de nuvens em imagens de satélite são cruciais não apenas para a pesquisa científica, mas também para aplicações práticas que dependem de análises precisas do ambiente. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma análise comparativa entre modelos baseados em limiar e modelos baseados em aprendi zado profundo para a segmentação semântica de nuvens em imagens de satélite, com o intuito de identificar a abordagem mais eficaz para mapear e compreender a distribuição espacial das nuvens para ajudar por exemplo no uso de técnicas para remoção. As nuvens podem obstruir objetos na superfície terrestre e causar dificuldades em diversas aplicações de sensoriamento remoto. A escolha deste trabalho foi explorar tanto uma abordagem baseada em limiar, utilizando um modelo onde são aplicados vários limiares em múltiplas bandas das imagens, dependendo do satélite selecionado, quanto modelos baseados em aprendizagem profunda. Foram selecionados e analisados quatro modelos de aprendizado profundo - U-Net, FPN-Net e YOLO - os quais foram treinados sem os pesos, além de um modelo como o Cloud-net com seus pesos pré-treinados, e um modelo baseado em limiar conhecido como Fmask. Além disso, é importante mencionar que para o treinamento dos modelos foi utilizada a base de dados 38-Cloud. Devido à alta quantidade de imagens que possuíam pixels nulos, foram propostas algumas modificações, incluindo a remoção des tas imagens e a aplicação de técnicas de aumento de dados. Outra etapa do treinamento incluiu a utilização de parada precoce. Foram realizados dois experimentos neste traba lho: um deles envolvendo os modelos treinados e avaliados utilizando dois conjuntos de dados públicos: 38-Cloud e 95-Cloud, empregando métricas como Interseção sobre União (IoU), precisão, revocação e acurácia. O outro experimento envolveu o uso das imagens de teste do 38-Cloud, que foram utilizadas nos testes do Cloud-net. Após a aplicação das imagens no modelo, todas as imagens que foram cortadas da imagem original foram recolocadas no lugar, e as métricas foram aplicadas na máscara gerada. Os resultados indicam que os modelos de rede neural profunda superaram as técnicas baseadas em li miar, destacando o desempenho notável do Cloud-Net, que obteve um IoU de 78.50% e uma acurácia de 96.48%. Esta análise ressalta a importância fundamental do emprego de modelos de aprendizado profundo na segmentação de nuvens em imagens de satélite, fornecendo compreensões valiosas e aplicáveis em uma ampla gama de áreas de interesse. |
| Abstract: | The presence of clouds in satellite images poses significant challenges in various fields, including meteorology, agriculture, and environmental monitoring, due to the need to distinguish clouds from other elements present in the images. Technological advance ments in remote sensing and the widespread availability of satellite images have provided valuable insights into the terrestrial environment. Accurate detection and subsequent understanding of cloud presence in satellite images are crucial not only for scientific rese arch but also for practical applications that rely on precise environmental analyses. The main objective of this work is to develop a comparative analysis between threshold-based models and deep learning-based models for semantic segmentation of clouds in satellite images, aiming to identify the most effective approach to map and understand the spatial distribution of clouds to aid, for example, in the use of techniques for removal. Clouds can obscure objects on the Earth’s surface and cause difficulties in various remote sensing applications. The choice of this work was to explore both a threshold-based approach, using a model where multiple thresholds are applied in multiple bands of the images, depending on the selected satellite, and deep learning-based models. Four deep learning models - U-Net, FPN-Net, and YOLO - were selected and analyzed, which were trained without weights, along with a model like Cloud-net with its pretrained weights, and a threshold-based model known as Fmask. Furthermore, it is important to mention that the 38-Cloud database was used for training the models. Due to the high number of images with null pixels, some modifications were proposed, including the removal of these images and the application of data augmentation techniques. Another training step in cluded the use of early stopping. Two experiments were conducted in this work: one involving the trained and evaluated models using two public datasets: 38-Cloud and 95- Cloud, employing metrics such as Intersection over Union (IoU), precision, recall, and accuracy. The other experiment involved the use of test images from 38-Cloud, which were used in the Cloud-net tests. After applying the images to the model, all images that were cropped from the original image were placed back, and the metrics were applied to the generated mask. The results indicate that deep neural network models outperfor med threshold-based techniques, highlighting the remarkable performance of Cloud-Net, which achieved an IoU of 78.50% and an accuracy of 96.48%. This analysis underscores the fundamental importance of employing deep learning models in cloud segmentation in satellite images, providing valuable and applicable insights across a wide range of areas of interest. |
| Palavras-chave: | Segmentação semântica Sensoriamento remoto Aprendizado profundo 38-cloud Avaliação comparativa |
| CNPq: | CNPQ::OUTROS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Computação Científica |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
| URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32534 |
| Data do documento: | 9-Mai-2024 |
| Aparece nas coleções: | TCC - Ciência da Computação - CI |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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