Weakly Supervised Semantic Segmentation With Class Balancing Strategies Applied to Remote Sensing Imagery

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Meira, Pascoassis Souza Santos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica
Coordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA)
Brasil
LNCC
Programa de pós-graduação em Modelagem Computacional
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/394
Resumo: Obtaining comprehensive labeled data for remote sensing applications can be costly and time-consuming. So using traditional supervised learning can become infeasible. In this dissertation, we explore Weakly Supervised Learning (WSL) as a compelling alternative, focusing on multi-class semantic segmentation with limited label availability. More specifically, we delve into a Remote Sensing Imagery (RSI) application, leveraging the ISPRS Potsdam dataset as a benchmark for comparing our WSL approach with the traditional fully supervised method. Furthermore, we address the significance of class imbalance challenges inherent to real world RSI and explore the problem of machines learning from them. To mitigate these issues, we investigate newly introduced loss functions, designed specifically for weakly annotated and imbalanced datasets. Additionally, we introduce a novel "seed generation" technique for the proposed WSL system, which makes use of superpixels methodology. Our experiments demonstrate that the proposed WSL systems achieve improvements in both overall accuracy and class-specific F1-Score compared to traditional training with limited labeled data. Our analysis indicates that some widely used methods for handling class imbalance in deep learning are less effective for WSL tasks compared to fully supervised learning.
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spelling Weakly Supervised Semantic Segmentation With Class Balancing Strategies Applied to Remote Sensing ImagerySegmentação semântica fracamente supervisionada com estratégias de balanceamento de classes aplicadas remotamente Detecção de imagensAprendizagem supervisionadaSegmentação semânticaSegmentação semânticaControle remoto de detecçãoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOObtaining comprehensive labeled data for remote sensing applications can be costly and time-consuming. So using traditional supervised learning can become infeasible. In this dissertation, we explore Weakly Supervised Learning (WSL) as a compelling alternative, focusing on multi-class semantic segmentation with limited label availability. More specifically, we delve into a Remote Sensing Imagery (RSI) application, leveraging the ISPRS Potsdam dataset as a benchmark for comparing our WSL approach with the traditional fully supervised method. Furthermore, we address the significance of class imbalance challenges inherent to real world RSI and explore the problem of machines learning from them. To mitigate these issues, we investigate newly introduced loss functions, designed specifically for weakly annotated and imbalanced datasets. Additionally, we introduce a novel "seed generation" technique for the proposed WSL system, which makes use of superpixels methodology. Our experiments demonstrate that the proposed WSL systems achieve improvements in both overall accuracy and class-specific F1-Score compared to traditional training with limited labeled data. Our analysis indicates that some widely used methods for handling class imbalance in deep learning are less effective for WSL tasks compared to fully supervised learning.A obtenção de dados rotulados abrangentes para aplicações de sensoriamento remoto pode ser dispendiosa e demorado. Portanto, usar o aprendizado supervisionado tradicional pode se tornar inviável. Nesta dissertação, exploramos a Aprendizagem Fracamente Supervisionada (WSL) como um recurso atraente alternativa, com foco na segmentação semântica multiclasse com disponibilidade limitada de rótulos. Mais especificamente, nos aprofundamos em uma aplicação de Imagens de Sensoriamento Remoto (RSI), aproveitando o conjunto de dados ISPRS Potsdam como referência para comparar nossa abordagem WSL com o método tradicional totalmente supervisionado. Além disso, abordamos a importância da classe desafios de desequilíbrio inerentes ao RSI do mundo real e explorar o problema das máquinas aprendendo com eles. Para mitigar esses problemas investigamos funções de perda recentemente introduzidas projetado especificamente para conjuntos de dados com anotações fracas e desequilibrados. Além disso, nós introduzir uma nova técnica de "geração de sementes" para o sistema WSL proposto, que faz uso da metodologia de superpixels. Nossos experimentos demonstram que a proposta Os sistemas WSL alcançam melhorias na precisão geral e na pontuação F1 específica da classe em comparação com o treinamento tradicional com dados rotulados limitados. Nossa análise indica que alguns métodos amplamente utilizados para lidar com o desequilíbrio de classes no aprendizado profundo são menos eficazes para tarefas WSL em comparação com o aprendizado totalmente supervisionado.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro - FAPERJLaboratório Nacional de Computação CientíficaCoordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA)BrasilLNCCPrograma de pós-graduação em Modelagem ComputacionalGiraldi, Gilson AntonioGiraldi, Gilson AntonioMarcato, José JuniorSouto, Roberto PintoMeira, Pascoassis Souza Santos2024-10-03T11:44:49Z2024-04-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMEIRA, Pascoassis Souza Santos. Weakly supervised semantic segmentation with class balancing strategies apllied to remote sensing imagery. Petrópolis, RJ, 2024. 131 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, 2024.https://tede.lncc.br/handle/tede/394enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCCinstname:Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)instacron:LNCC2025-01-24T16:54:43Zoai:tede-server.lncc.br:tede/394Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede.lncc.br/PUBhttps://tede.lncc.br/oai/requestlibrary@lncc.br||library@lncc.bropendoar:2025-01-24T16:54:43Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC - Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)false
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