Orientadores: Alexandre Xavier Falcão, Jefersson Alex dos SantosDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Recentemente, técnicas de aprendizado de máquina têm sido propostas para criar mapas temáticos a partir de imagens de sensoriamento remoto. Estas técnicas podem ser divididas em métodos de classificação baseados em pixels ou regiões. Este trabalho concentra-se na segunda abordagem, uma vez que estamos interessados em imagens com milhões de pixels e a segmentação da imagem em regiões (superpixels) pode reduzir consideravelmente o número de amostras a serem classificadas. Porém, mesmo utilizando superpixels, o número de amostras ainda é grande para anotá-las manualmente e treinar o classificador. As técnicas de aprendizado ativo propostas resolvem este problema começando pela seleção de um conjunto pequeno de amostras selecionadas aleatoriamente. Tais amostras são anotadas manualmente e utilizadas para treinar a primeira instância do classificador. Em cada iteração do ciclo de aprendizagem, o classificador atribui rótulos e seleciona as amostras mais informativas para a correção/confirmação pelo usuário, aumentando o tamanho do conjunto de treinamento. A instância do classificador é melhorada no final de cada iteração pelo seu treinamento e utilizada na iteração seguinte até que o usuário esteja satisfeito com o classificador. Observamos que a maior parte dos métodos reclassificam o conjunto inteiro de dados em cada iteração do ciclo de aprendizagem, tornando este processo inviável para interação com o usuário. Portanto, enderaçamos dois problemas importantes em classificação baseada em regiões de imagens de sensoriamento remoto: (a) a descrição efetiva de superpixels e (b) a redução do tempo requerido para seleção de amostras em aprendizado ativo. Primeiro, propusemos um descritor contextual de superpixels baseado na técnica de sacola de palavras, que melhora o resultado de descritores de cor e textura amplamente utilizados. Posteriormente, propusemos um método supervisionado de redução do conjunto de dados que é baseado em um método do estado da arte em aprendizado ativo chamado Multi-Class Level Uncertainty (MCLU). Nosso método mostrou-se tão eficaz quanto o MCLU e ao mesmo tempo consideravelmente mais eficiente. Adicionalmente, melhoramos seu desempenho por meio da aplicação de um processo de relaxação no mapa de classificação, utilizando Campos Aleatórios de MarkovAbstract: In recent years, machine learning techniques have been proposed to create classification maps from remote sensing images. These techniques can be divided into pixel- and region-based image classification methods. This work concentrates on the second approach, since we are interested in images with millions of pixels and the segmentation of the image into regions (superpixels) can considerably reduce the number of samples for classification. However, even using superpixels the number of samples is still large for manual annotation of samples to train the classifier. Active learning techniques have been proposed to address the problem by starting from a small set of randomly selected samples, which are manually labeled and used to train a first instance of the classifier. At each learning iteration, the classifier assigns labels and selects the most informative samples for user correction/confirmation, increasing the size of the training set. An improved instance of the classifier is created by training, after each iteration, and used in the next iteration until the user is satisfied with the classifier. We observed that most methods reclassify the entire pool of unlabeled samples at every learning iteration, making the process unfeasible for user interaction. Therefore, we address two important problems in region-based classification of remote sensing images: (a) the effective superpixel description and (b) the reduction of the time required for sample selection in active learning. First, we propose a contextual superpixel descriptor, based on bag of visual words, that outperforms widely used color and texture descriptors. Second, we propose a supervised method for dataset reduction that is based on a state-of-art active learning technique, called Multi-Class Level Uncertainty (MCLU). Our method has shown to be as effective as MCLU, while being considerably more efficient. Additionally, we further improve its performance by applying a relaxation process on the classification map by using Markov Random FieldsMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã
