Índices espectrais baseados em programação genética para classificação de imagens de sensoriamento remoto

Orientador: Ricardo da Silva TorresDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Sensoriamento remoto é o conjunto de técnicas que permitem, por meio de sensores, analisar objetos a longas distâncias sem estabelecer contato físico com eles. Atualmente, sua contribuição em ciências naturais é enorme, dado que é possível adquirir imagens de alvos em mais regiões do espectro eletromagnético além do canal visível. Trabalhar com imagens compostas por múltiplas bandas espectrais requer tratar grandes quantidades de informação associada a uma única entidade, coisa que afeta negativamente o desempenho de algoritmos de predição, fazendo nacessário o uso de técnicas de redução da dimensionalidade. Este trabalho apresenta uma abordagem de extração de características baseada em índices espectrais aprendidos por Programação Genética (GP), que projetam os dados associados aos pixels em novos espaços de características, com o objetivo de aprimorar a acurácia de algoritmos de classificação. Índices espectrais são funções que relacionam a refletância, em canais específicos do espectro, com valores reais que podem ser interpretados como a abundância de características de interesse de objetos captados à distância. Com GP é possível aprender índices que maximizam a separabilidade de amostras de duas classes diferentes. Assim que os índices especializados para cada par possível de classes são obtidos, empregam-se duas abordagens diferentes para combiná-los e construir um sistema de classificação de pixels. Os resultados obtidos para os cenários binário e multi-classe mostram que o método proposto é competitivo com respeito a técnicas tradicionais de redução da dimensionalidade. Experimentos adicionais aplicando o método para análise sazonal de biomas tropicais mostram claramente a superioridade de índices aprendidos por GP para propósitos de discriminação, quando comparados a índices desenvolvidos por especialistas, independentemente da especificidade do problemaAbstract: Remote sensing is the set of techniques that allow, by means of sensor technologies, to analyze objects at long distances without making physical contact with them. Currently, its contribution for natural sciences is enormous, since it is possible to acquire images of target objects in more regions of the electromagnetic spectrum than the visible region only. Working with images composed of various spectral bands demands dealing with huge amounts of data associated with single entities, which affects negatively the performance in prediction tasks, and makes necessary the use of dimensionality reduction techniques. This work introduces a feature extraction approach, based on spectral indices learned by Genetic Programming (GP), to project data from pixel values into new feature spaces aiming to improve classification accuracy. Spectral indices are functions that map the reflectance of remotely sensed objects in specific wavelength intervals, into real scalars that can be interpreted as the abundance of features of interest. Through GP, it is possible to learn indices that maximize the separability of samples from two different classes. Once the indices specialized for all the pairs of classes are obtained, they are used in two different approaches to fuse them into a pixel classification system. Results for the binary and multi-class scenarios show that the proposed method is competitive with respect to traditional dimensionality reduction techniques. Additional experiments in tropical biomes seasonal analysis show clearly how superior GP-based spectral indices are for discrimination purposes, when compared to indices developed by experts, regardless the specificity of the problemMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação134089/2015-4CNP