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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81342| Type: | Dissertação |
| Title: | Aplicando modelos de visão computacional para detectar em tempo real o fluxo de entrada de pólem em colméias de abelhas melíferas |
| Authors: | Silva, Daniel de Amaral da |
| Advisor: | Gomes, Danielo Gonçalves |
| Co-advisor: | Nobre, Juvêncio Santos |
| Keywords in Brazilian Portuguese : | Apicultura de Precisão;Detecção de Objetos;Polinização por insetos;Inteligência artificial |
| Keywords in English : | Precision Beekeeping;Object Detection;Pollination by insects;Artificial Intelligence |
| Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Issue Date: | 2023 |
| Citation: | SILVA, Daniel de Amaral da. Aplicando modelos de visão computacional para detectar em tempo real o fluxo de entrada de pólem em colméias de abelhas melíferas. 2023. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. |
| Abstract in Brazilian Portuguese: | A polinização é um processo crítico para a reprodução das plantas e para a formação de sementes e frutos. As abelhas são amplamente reconhecidas como os principais polinizadores agrícolas e, de acordo com a literatura, o fluxo de entrada de pólen nas colmeias está diretamente associado ao seu bem-estar. O monitoramento das colmeias e colônias é tradicionalmente realizado por meio de checagens manuais e invasivas, as quais estressam as abelhas e podem ser ineficazes pois depende da experiência do apicultor. Por outro lado, o advento do recente paradigma da apicultura de precisão tem propiciado monitoramento das colmeias de forma remota e não-invasiva. Apesar da vasta literatura tratando de modelos estatísticos para detectar calotas de pólen nas abelhas, há restrições na coleta de dados que, consequentemente, resulta em um conjunto de dados com baixa variabilidade. A partir de vídeos gravados no alvado de colmeias de abelhas melíferas, aplicamos nesta dissertação seis modelos do estado da arte da visão computacional para detectar o fluxo de pólen entrante: Deformable DETR, Faster R-CNN, Cascade R-CNN, YOLOv7, YOLOX e CenterNet. Para assegurar que o conjunto de dados fosse representativo desta tarefa e o mais agnóstico possível ao ambiente de captura, geramos um conjunto de imagens, coletadas de mais de 15 fontes diferentes, incluindo variação no posicionamento da câmera, iluminação e contraste. Ademais, três características básicas de uma imagem foram estudadas baseando-se nas predições dos modelos: contraste, textura e coloração. Os resultados mostraram que o YOLOv7 e o Deformable DETR foram estatisticamente equivalentes nos experimentos, ambos obtendo métricas superiores a 77% na métrica de AP75, a mais restrita e desafiadora, em questão de detalhes, dentre as analisadas no trabalho. Com relação à métrica FPS (quadros/s), importante para detecção em tempo real, o YOLOv7 propiciou um valor quatro vez maior que o obtido pelo Deformable DETR. O modelo CenterNet apresentou as melhores métricas para aplicações em tempo real, com bom desempenho preditivo a um custo computacional baixo, obtendo valores de ≈ 94% na métrica de AP50 com cerca de 20% do custo computacional do modelo YOLOv7. |
| Abstract: | Pollination is a critical process for the reproduction of plants and the formation of seeds and fruits. Bees are widely recognized as the main agricultural pollinators, and according to literature, the pollen foraging task into hives is directly associated with their health. Hive and colony monitoring is traditionally carried out through manual and invasive checks, which stress the bees and can be ineffective, as it depends on the beekeeper’s experience. On the other hand, the advent of the recent precision beekeeping paradigm has enabled remote and non-invasive monitoring of hives. Despite the vast literature on machine learning models to detect pollen caps on bees, there are restrictions in the data collection that consequently results in a dataset with low variability. From videos recorded at honeybee hive entrances, in this dissertation, we apply six state-of-the-art computer vision models to detect the pollen foraging task: Deformable DETR, Faster R-CNN, Cascade R-CNN, YOLOv7, YOLOX, and CenterNet. To ensure that the dataset was representative of this task and as agnostic as possible to the capture environment, we generated a set of images, collected from over 15 different sources, including variation in camera positioning, lighting, and contrast. Additionally, three basic image characteristics based on model predictions were studied: contrast, texture, and coloration. The results showed that YOLOv7 and Deformable DETR were statistically equivalent in the experiments, both obtaining metrics above 77% on the most restrictive and challenging AP75 metric, in terms of details, among those analyzed in the work. With regard to the FPS (frames/s) metric, important for real-time detection, YOLOv7 provided a value four times higher than obtained by the Deformable DETR. The CenterNet model presented the best metrics for real-time applications, with good predictive performance at a low computational cost, obtaining values of approximately 94% on the AP50 metric with about 20% of the computational cost of the YOLOv7 model. |
| Description in Brazilian Portuguese: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81342 |
| Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/3650326014272739 |
| Advisor's ORCID: | https://orcid.org/0000-0002-8285-4629 |
| Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/6303297687237256 |
| Co-advisor's ORCID: | https://orcid.org/0000-0002-7321-3221 |
| Co-advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/4610025058115796 |
| Access Rights: | Acesso Aberto |
| Appears in Collections: | DETE - Dissertações defendidas na UFC |
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|---|---|---|---|---|
| 2023_dis_dasilva.pdf | Dissertação | 13,08 MB | Adobe PDF | View/Open |
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