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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-6965-9135
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Detecção de linhas de plantio em plantações de cana-de-açúcar utilizando deep learning
Alternate title (s): Detection of planting lines in sugarcane plantations using deep learning
Author: Ribeiro, João Batista
First Advisor: Backes, André Ricardo
First coorientator: Escarpinati, Mauricio Cunha
First member of the Committee: Fernandes, Henrique Coelho
Second member of the Committee: Mari, João Fernando
Summary: O rápido crescimento populacional tem impulsionado a demanda por alimentos e a utilização sustentável dos recursos naturais. Nesse contexto, a agricultura aliada à tecnologia, denominada de Agricultura de Precisão (AP), busca suprir essa demanda utilizando os recursos sob medida com base nas informações coletadas. As imagens utilizadas na AP têm variadas fontes, por exemplo, câmeras acopladas em Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs). Uma das principais aplicações da AP é a detecção das linhas de plantio, principalmente porque esta é uma etapa importante para outras aplicações da AP, como detecção de ervas daninhas, mapeamento e previsão de produção de safra, detecção de falhas. Um dos cenários de grande utilização da AP no Brasil está no cultivo de cana-de-açúcar, motivando pesquisadores e empresas a desenvolverem soluções na área. Apesar de existirem na literatura muitos trabalhos para detectar linhas de plantio, a maioria deles é para outras culturas, como milho e beterraba, ou focados em linhas retas. Considerando o cenário de grande utilização dos VANTs para obtenção de imagens para a AP e a grande importância da detecção das linhas de plantio, este projeto analisou diferentes modelos de Deep Learning (DL) para segmentação automática em imagens de VANTs de plantações de cana-de-açúcar com variados estágios de crescimento. Dentre os modelos, a U-Net obteve os melhores resultados, com 0,90 ou mais de Coeficiente de Dice (CD) para quase todos cenários. Também foi analisado a utilização de Índices de Vegetação (IVs) e Operações Morfológicas de modo a otimizar a detecção das linhas de plantio. Com base nos resultados, são apresentadas algumas recomendações de utilização da U-Net e dos IVs para obter uma maior precisão na segmentação das imagens de VANTs de plantações de cana-de-açúcar.
Abstract: Rapid population growth has driven demand for food and the sustainable use of natural resources. In this context, agriculture allied to technology, called Precision Agriculture (PA), seeks to meet this demand using tailored resources based on the information collected. The images used in the PA have different sources, e.g., cameras attached to Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). One of the main applications of PA is the detection of planting lines, mainly because it is an important step for other PA applications, e.g., weed detection, crop production mapping and forecasting, fault detection. One of the scenarios of great use of PA in Brazil is in the cultivation of sugarcane, motivating researchers and companies to develop solutions in the area. Although there are many works in the literature to detect planting lines, most of them are for other crops, e.g., maize and beet, or focused on straight lines. Considering the scenario of great use of UAVs to obtain images for PA and the great importance of detecting planting lines, this project analyzed different Deep Learning (DL) models for automatic segmentation in UAV images of sugarcane plantations with varying stages of growth. Among the models, U-Net achieved the best results, with 0.90 or more Dice Coefficient (DC) for almost all scenarios. The use of Vegetation Indexes (VIs) and Morphological Operations was also analyzed in order to optimize the detection of planting lines. Based on the results, some recommendations are presented for using U-Net and VIs to obtain greater precision in the segmentation of UAVs images of sugarcane plantations.
Keywords: Linhas de Plantio
Deep Learning
Agricultura de Precisão
VANTs
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: RIBEIRO, João Batista. Detecção de linhas de plantio em plantações de cana-de-açúcar utilizando deep learning. 2023. 106 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.8085.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.8085
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39346
Date of defense: 16-Aug-2023
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação

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