Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48076
ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-0901-6351
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Segmentação Semântica de Incêndios Florestais com U-Net e Encoders Pré-Treinados: Uma Abordagem com Função de Perda Composta e Balanceamento de Classes
Alternate title (s): Semantic Segmentation of Forest Fires with U-Net and Pre-trained Encoders: An Approach with Composite Loss Function and Class Balancing
Author: Gomes, Natália de Oliveira
First Advisor: Fernandes, Henrique Coelho
First member of the Committee: Mari, João Fernando
Second member of the Committee: Tinoco, Claudiney Ramos
Third member of the Committee: Fernandes, Henrique Coelho
Summary: A segmentação semântica de incêndios florestais em imagens de satélite é um problema relevante para o monitoramento ambiental, especialmente devido ao forte desbalancea- mento entre classes e à natureza esparsa dos focos de fogo. Neste trabalho, o estudo é conduzido sobre imagens multiespectrais do satélite Sentinel-2 (resolução de 20 m), com foco na identificação da classe incêndio. O objetivo desta dissertação é propor, imple- mentar e avaliar um pipeline de segmentação semântica para detectar incêndios florestais, investigando o impacto de diferentes backbones, funções de perda e estratégias de mitiga- ção do desbalanceamento. A metodologia foi estruturada em dois ciclos experimentais: no primeiro, de caráter exploratório, avaliou-se a U-Net com encoders VGG16! (VGG16!) e EfficientNetB3, utilizando perdas tradicionais; no segundo, foi adotado um pipeline otimizado com undersampling, data augmentation, perdas sensíveis à classe minoritária (Dice, Focal e Dice+Focal), treinamento em duas fases com fine-tuning e calibração do limiar por varredura na validação maximizando F1-Score. Os resultados indicam melhora substancial no Ciclo 2, com maior estabilidade e desempenho, destacando-se a U-Net com backbone VGG-16, que apresentou métricas elevadas de medida F1 (média harmônica en- tre Precisão e Precision/Recall) (F1-Score) e Interseção sobre União (IoU) no conjunto de teste. A análise qualitativa confirmou maior coerência espacial das máscaras preditas. Conclui-se que a combinação de balanceamento, funções de perda adequadas e calibração do limiar de decisão é determinante para a segmentação eficaz de incêndios em imagens multiespectrais do Sentinel-2.
Abstract: emantic segmentation of forest fires in satellite imagery is a relevant problem for environmental monitoring, particularly due to severe class imbalance and the sparse spa- tial distribution of fire events. In this work, the study is conducted using multispectral Sentinel-2 images with 20 m spatial resolution, focusing on the accurate identification of the fire class. The objective of this dissertation is to propose, implement, and eva- luate a semantic segmentation pipeline for forest fire detection, investigating the impact of different backbones, loss functions, and class imbalance mitigation strategies. The methodology is structured into two experimental cycles. The first, exploratory in nature, evaluates a U-Net architecture with VGG16 and EfficientNetB3 encoders using conventi- onal loss functions. The second cycle adopts an optimized pipeline incorporating selective undersampling, data augmentation, loss functions tailored to imbalanced data (Dice, Fo- cal, and Dice+Focal), a two-stage training strategy with encoder fine-tuning, and decision threshold calibration through validation-based sweeping to maximize the F1-score. The results show substantial improvements in the second cycle, with increased stability and performance, particularly for the U-Net with the VGG16 backbone, which achieved high F1 and IoU scores on the test set. Qualitative analysis further confirmed improved spatial coherence of the predicted masks. These findings indicate that combining class balancing strategies, appropriate loss functions, and threshold calibration is essential for effective forest fire segmentation in multispectral Sentinel-2 imagery.
Keywords: Sensoriamento Remoto
Segmentação Semântica
Aprendizado Profundo
Queimadas
Sentinel-2
Incêndios Florestais
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: GOMES, Natália de Oliveira. Segmentação Semântica de Incêndios Florestais com U-Net e Encoders Pré-Treinados: Uma Abordagem com Função de Perda Composta e Balanceamento de Classes. 2025. 82 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI 10.14393/ufu.di.2025.538.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.538
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48076
Date of defense: 25-Aug-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 17. Parcerias e meios de implementação - Fortalecer os meios de implementação e revitalizar a parceria global para o desenvolvimento sustentável.
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