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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Análise de arquiteturas de redes neurais siamesas para a classificação de espécies de plantas.
metadata.dc.creator: Moresco, Matheus
metadata.dc.contributor.advisor1: Britto Júnior, Alceu de Souza Britto Junior
metadata.dc.contributor.referee1: Senger, Luciano José
metadata.dc.contributor.referee2: Aires, Simone Bello Kamiski Aires
metadata.dc.description.resumo: A classificação de espécies de plantas, em especial a que utiliza imagens de folhas, é tida como um grande desafio, que requer a análise de especialistas em botânica. Isso pode estar relacionado ao grande número de espécies de plantas já catalogadas e também ao fato de algumas folhas de plantas serem semelhantes, apesar de pertencerem a espécies diferentes. Com o intuito de facilitar o processo de classificação de plantas, sistemas automáticos que usam técnicas de aprendizagem de máquina e visão computacional para diferenciar as espécies têm sido propostos, em especial modelos de Redes Neurais Convolucionais (CNN, do inglês, “Convolutional Neural Networks”), vem sendo amplamente utilizados para extração de características e classificação de espécies de plantas. Porém, o uso de CNN necessita de um grande número de imagens para realizar seu treinamento. Além disso, tal ferramenta não é escalável, de maneira que, caso uma nova classe seja adicionada, a rede precisa ser treinada novamente. Assim, uma alternativa tem sido o uso de Redes Neurais Siamesas (SNN, do inglês, “Siamese Neural Network”). A partir disso, este estudo tem por objetivo avaliar diferentes arquiteturas de Redes Neurais Siamesas na classificação de espécies de plantas a partir da imagem da folha. Adicionalmente, pretende-se investigar o uso de características extraídas de camadas intermediárias das SNNs, observando o impacto na classificação e buscando priorizar abordagens que sejam eficientes mesmo com poucas imagens de treinamento. Experimentos realizados com as bases de imagens de folhas Flavia e MalayaKew, demonstram que o uso de características intermediárias, dependendo da combinação de camadas, pode melhorar o desempenho de uma SNN. Os modelos VGG-16, MobileNet e DenseNet, apresentaram, respectivamente, uma melhora na acurácia de 0,35, 1,05 e 1 pontos percentuais para a base Flavia e 3,37, 3,33 e 11 pontos percentuais para a base MalayaKew.
Abstract: The classification of plant species, specifically those that use leaf images, has been a great challenge, which requires the analysis of experts in botany. It may be related to a large number of plant species already cataloged and the fact that some plant leaves are similar, despite belonging to different species. To facilitate the plant classification process, automatic systems that use machine learning and computer vision techniques to differentiate species have been proposed, especially Convolutional Neural Network (CNN) models, which have been widely used for feature extraction and classification of plant species. However, the use of CNN requires a large number of images to carry out its training. Also, this tool is not scalable, so if a new class is added, the network needs to retrain. Thus, an alternative has been the use of Siamese Neural Networks (SNN). This study aims to evaluate different architectures of Siamese Neural Networks to plant species classification from leaf images. Additionally, the use of features extracted from the intermediate layers of SNNs is investigated, observing the impact on the results and seeking to prioritize approaches that are efficient even with few training images. Experiments on Flavia and MalayaKew leaf image databases have shown that the fusion of intermediate features improves SNN performance. For SNNs composed of VGG16, MobileNet, and DenseNet models, we observed an accuracy improvement of 0.35, 1.05, and 1 percentage points respectively for the Flavia database, while 17.42, 3.33, and 11 percentage points respectively for the MalayaKew database.
Keywords: Redes Neurais Siamesas
Classificação de espécies de plantas
Características multicamadas
Siamese Neural Networks
Plant Species Classification
Multi-layer Features
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Informática
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós Graduação Computação Aplicada
Citation: MORESCO, Matheus. Análise de arquiteturas de redes neurais siamesas para a classificação de espécies de plantas. 2022. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2022.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3650
Issue Date: 10-Mar-2022
Appears in Collections:Programa de Pós Graduação Computação Aplicada

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