[en] CROP RECOGNITION FROM MULTITEMPORAL SAR IMAGE SEQUENCES USING DEEP LEARNING TECHNIQUES

[pt] RECONHECIMENTO DE CULTURAS AGRÍCOLAS A PARTIR DE SEQUENCIAS MULTITEMPORAIS DE IMAGENS SAR UTILIZANDO TÉCNICAS DE APRENDIZADO PROFUNDO

[pt] LAURA ELENA CUE LA ROSA

[pt] SENSORIAMENTO REMOTO

[pt] SENTINEL-1

[pt] APRENDIZADO PROFUNDO

[pt] RECONHECIMENTO DE CULTURAS

[pt] ANALISE MULTITEMPORAL

[en] REMOTE SENSING

[en] SENTINEL-1

[en] DEEP LEARNING

[en] CROP RECOGNITION

[en] MULTITEMPORAL ANALYSIS

[pt] A presente dissertação tem como objetivo avaliar um conjunto de técnicas de aprendizado profundo para o reconhecimento de culturas agrícolas a partir de sequências multitemporais de imagens SAR. Três métodos foram considerados neste estudo: Autoencoders (AEs), Convolutional Neural Networks (CNNs) and Fully Convolutional Networks (FCNs). A avaliação experimental baseou-se em duas bases de dados contendo sequências de imagens geradas pelo sensor Sentinel- 1A. A primeira base cobre uma região tropical e a segunda uma região de clima temperado. Em todos os casos, utilizouse como referência para comparação um classificador Random Forest (RF) operando sobre atributos de textura derivados de matrizes de co-ocorrência. Para a região de clima temperado que apresenta menor dinâmica agrícola as técnicas de aprendizado profundo produziram consistentemente melhores resultados do que a abordagem via RF, sendo AEs o melhor em praticamente todos os experimentos. Na região tropical, onde a dinâmica é mais complexa, as técnicas de aprendizado profundo mostraram resultados similares aos produzidos pelo método RF, embora os quatro métodos tenham se alternado como o de melhor desempenho dependendo do número e das datas das imagens utilizadas nos experimentos. De um modo geral, as RNCs se mostraram mais estáveis do que os outros métodos, atingindo o melhores resultado entre os métodos avaliados ou estando muito próximos destes em praticamente todos os experimentos. Embora tenha apresentado bons resultados, não foi possível explorar todo o potencial das RTCs neste estudo, sobretudo, devido à dificuldade de se balancear o número de amostras de treinamento entre as classes de culturas agrícolas presentes na área de estudo. A dissertação propõe ainda duas estratégias de pós-processamento que exploram o conhecimento prévio sobre a dinâmica das culturas agrícolas presentes na área alvo. Experimentos demonstraram que tais técnicas podem produzir um aumento significativo da acurácia da classificação, especialmente para culturas menos abundantes.

[en] The present dissertation aims to evaluate a set of deep learning (DL) techniques for crop mapping from multitemporal sequences of SAR images. Three methods were considered in this study: Autoencoders (AEs), Convolutional Neural Networks (CNNs) and Fully Convolutional Networks (FCNs). The analysis was based on two databases containing image sequences generated by the Sentinel-1A. The first database covers a temperate region that presents a comparatively simpler dynamics, and second database of a tropical region that represents a scenario with complex dynamics. In all cases, a Random Forest (RF) classifier operating on texture features derived from co-occurrence matrices was used as baseline. For the temperate region, DL techniques consistently produced better results than the RF approach, with AE being the best one in almost all experiments. In the tropical region the DL approaches performed similar to RF, alternating as the best performing one for different experimental setups. By and large, CNNs achieved the best or next to the best performance in all experiments. Although the FCNs have performed well, the full potential was not fully exploited in our experiments, mainly due to the difficulty of balancing the number of training samples among the crop types. The dissertation also proposes two post-processing strategies that exploit prior knowledge about the crop dynamics in the target site. Experiments have shown that such techniques can significantly improve the recognition accuracy, in particular for less abundant crops.

RAUL QUEIROZ FEITOSA

MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO

RAUL QUEIROZ FEITOSA

JEFERSSON ALEX DOS SANTOS

IEDA DEL ARCO SANCHES

2018-08-27

2018-04-16

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=34919@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=34919@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.34919