[pt] Neste trabalho, diversas técnicas de classificação automática de imagens de sensoriamento remoto são investigadas. Na análise, incluem-se um método não- paramétrico, denominado K-Médias. Adaptativos Hierárquico (KMAH), e seis paramétricos: o Classificador de Máxima Verossimilhança (MV), o de Máxima Probabilidade a Posteriori (MAP), o MAP Adaptativo (MAPA), por Subimagens (MAPSI), o Contextual Tilton-Swain (CXTS) e o Contextual por Subimagens (CXSI). O treinamento necessário à implementação das técnicas paramétricas foi realizado de forma não-supervisionada, usando-se para tanto a classificação efetuada pelo KMAH. Considerações a respeito das vantagens e desvantagens dos classificadores, de acordo com a observação das taxas de erros e dos tempos de processamento, apontaram as técnicas MAPA e MAPSI com as mais convenientes / [en] In this thesis, several techniques of automatic classfication of remote sensing impeages are investigated. Included in the analysis are ane non-parametric method, known as Adaptative hierarchical K-means (KMAH), and six parametric ones: the Maximum Likelihood (MV), the Maximum a Posteriori Probability (MAP), the Adaptative MAP (MAPA), the Subimages MAP (MAPSI), the tilton-Swain Contextual, (CXTS) and the Subimages Contextual (CXSI) classifiers. The necessary training for the parametric case was done in a non-supervised form, by using the KMAH classification. Considerations about the advantages and disadvantages of the classifiers were made and, based on the observation of the error rates and processing time, the MAPA and MAPSI have shown the best performances.

[pt] A cada dia mais e mais satélites de alta resolução têm se tornado disponíveis, criando grande demanda por novos métodos de interpretação baseados em conhecimento. Estes métodos emulam parcialmente o trabalho do especialista em análise visual de imagens. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta um modelo de classificação baseado no conhecimento do especialista aplicado a imagens de alta resolução. O modelo de interpretação consiste de três fases. A primeira inclui o conhecimento espectral e a informação de textura. Na segunda fase dados de SIG (sistema de informação geográfico) são combinados com o resultado da análise espectral através de regras nebulosas. Na terceira e última fase é introduzido o conhecimento multitemporal através de uma estimativa das possibilidades de transição entre classes de uma mesma área em um dado intervalo de tempo. Para validação desse modelo experimentos foram realizados em imagens IKONOS e fotos aéreas de 1999, 2001 e de 2002 da área do Parque Estadual da Pedra Branca, que é um importante fragmento da Floresta Atlântica situado no estado do Rio de Janeiro, Brasil. / [en] New high resolution satellites for commercial purposes became available in the few years. This increases the need of new automatic knowledge based image interpretation methods. Such methods partially emulate the reasoning of an image analyst during the visual image interpretation. The present work falls into this context and proposes an automatic classification model for high resolution remotely sensed images. The model consists of three stages. In the first stage only spectral and textural information are used for classification. In the second stage GIS (geographic information system) data are combined with the result of the spectral analysis by means of fuzzy rules. In the third stage the multitemporal knowledge is introduced by estimating class transition possibilities within a given time span. To validate the proposed model experiments were performed based on IKONOS images from 2001 and 2002 as well as aerial photos from 1999 of the Pedra Branca Park, which is an important Atlantic Forest fragment in the State Rio de Janeiro in Southeast Brazil.

[pt] Redes neurais profundas são modelos poderosos e flexíveis que ganharam a atenção da comunidade de aprendizado de máquina na última década. Normalmente, um especialista gasta um tempo significativo projetando a arquitetura neural, com longas sessões de tentativa e erro para alcançar resultados bons e relevantes. Por causa do processo manual, há um maior interesse em abordagens de busca de arquitetura neural, que é um método que visa automatizar a busca de redes neurais. A busca de arquitetura neural(NAS) é uma subárea das técnicas de aprendizagem de máquina automatizadas (AutoML) e uma etapa essencial para automatizar os métodos de aprendizado de máquina. Esta técnica leva em consideração os aspectos do espaço de busca das arquiteturas, estratégia de busca e estratégia de estimativa de desempenho. Algoritmos evolutivos de inspiração quântica apresentam resultados promissores quanto à convergência mais rápida quando comparados a outras soluções com espaço de busca restrito e alto custo computacional. Neste trabalho, foi aprimorado o Q-NAS: um algoritmo de inspiração quântica para pesquisar redes profundas por meio da montagem de subestruturas simples. O Q-NAS também pode evoluir alguns hiperparâmetros numéricos do treinamento, o que é um primeiro passo na direção da automação completa. Foram apresentados resultados aplicando Q-NAS, evoluído, sem transferência de conhecimento, no conjunto de dados CIFAR-100 usando apenas 18 GPU/dias. Nossa contribuição envolve experimentar outros otimizadores no algoritmo e fazer um estudo aprofundado dos parâmetros do Q-NAS. Nesse trabalho, foi possível atingir uma acurácia de 76,40%. Foi apresentado também o Q-NAS aprimorado aplicado a um estudo de caso para classificação COVID-19 x Saudável em um banco de dados de tomografia computadorizada de tórax real. Em 9 GPU/dias, conseguimos atingir uma precisão de 99,44% usando menos de 1000 amostras para dados de treinamento. / [en] Deep neural networks are powerful and flexible models that have gained the attention of the machine learning community over the last decade. Usually, an expert spends significant time designing the neural architecture, with long trial and error sessions to reach good and relevant results. Because of the manual process, there is a greater interest in Neural Architecture Search (NAS), which is an automated method of architectural search in neural networks. NAS is a subarea of Automated Machine Learning (AutoML) and is an essential step towards automating machine learning methods. It is a technique that aims to automate the construction process of a neural network architecture. This technique is defined by the search space aspects of the architectures, search strategy and performance estimation strategy. Quantum-inspired evolutionary algorithms present promising results regarding faster convergence when compared to other solutions with restricted search space and high computational costs. In this work, we enhance Q-NAS: a quantum-inspired algorithm to search for deep networks by assembling simple substructures. Q-NAS can also evolve some numerical hyperparameters, which is a first step in the direction of complete automation. Our contribution involves experimenting other types of optimizers in the algorithm and make an indepth study of the Q-NAS parameters. Additionally, we present Q-NAS results, evolved from scratch, on the CIFAR-100 dataset using only 18 GPU/days. We were able to achieve an accuracy of 76.40% which is a competitive result regarding other works in literature. Finally, we also present the enhanced QNAS applied to a case study for COVID-19 x Healthy classification on a real chest computed tomography database. In 9 GPU/days we were able to achieve an accuracy of 99.44% using less than 1000 samples for training data. This accuracy overcame benchmark networks such as ResNet, GoogleLeNet and VGG.

[pt] Modelos baseados em redes neurais profundas como as Redes Neurais Convolucionais proporcionaram avanços significativos em diversas áreas da computação. No entanto, essa tecnologia é ainda pouco aplicada à predição de qualidade sísmica, que é uma atividade relevante para exploração de hidrocarbonetos. Ser capaz de, rapidamente, classificar o ruído presente em aquisições de dados sísmicos permite aceitar ou rejeitar essas aquisições de forma eficiente, o que além de economizar recursos também melhora a interpretabilidade dos dados. Neste trabalho apresenta-se um dataset criado a partir de 6.918 aquisições manualmente classificadas pela percepção de especialistas e pesquisadores, que serviu de base para o treinamento, validação e testes de um classificador, também proposto neste trabalho, baseado em uma rede neural convolucional. Em resultados empíricos, observou-se-se um F1 Score de 95,58 porcento em uma validação cruzada de 10 folds e 93,56 porcento em um conjunto de holdout de teste. / [en] Deep Learning based models, such as Convolutional Neural Networks (CNNs), have led to significant advances in several areas of computing applications. Nevertheless, this technology is still rarely applied to seismic quality prediction, which is a relevant task in hydrocarbon exploration. Being able to promptly classify noise in common shot gather(CSG) acquisitions of seismic data allows the acceptance or rejection of those aquisitions, not only saving resources but also increasing the interpretability of data. In this work, we introduce a real-world classification dataset based on 6.918 common shot gather, manually labeled by perception of specialists and researches. We use it to train a CNN classification model for seismic shot-gathers quality prediction. In our empirical evaluation, we observed an F1 Score of 95,58 percent in 10 fold cross-validation and 93,56 percent in a Holdout Test.

[pt] Informações precisas sobre a distribuição da população são reconhecidamente importantes. A fonte de informação mais completa sobre a população é o censo, cujos os dados são disponibilizados de forma agregada em setores censitários. Esses setores são unidades operacionais de tamanho e formas irregulares, que dificulta a análise espacial dos dados associados. Assim, a mudança de setores censitários para um conjunto de células regulares com estimativas adequadas facilitaria a análise. Uma metodologia a ser utilizada para essa mudança poderia ser baseada na classificação de imagens de sensoriamento remoto para a identificação de domicílios, que é a base das pesquisas envolvendo a população. A detecção de áreas edificadas é uma tarefa complexa devido a grande variabilidade de características de construção e de imagens. Os métodos usuais são complexos e muito dependentes de especialistas. Os processos automáticos dependem de grandes bases de imagens para treinamento e são sensíveis à variação de qualidade de imagens e características das construções e de ambiente. Nesta tese propomos a utilização de um método automatizado para detecção de edificações em imagens Google Earth que mostrou bons resultados utilizando um conjunto de imagens relativamente pequeno e com grande variabilidade, superando as limitações dos processos existentes. Este resultado foi obtido com uma aplicação prática. Foi construído um conjunto de imagens com anotação de áreas construídas para 12 regiões do Brasil. Estas imagens, além de diferentes na qualidade, apresentam grande variabilidade nas características das edificações e no ambiente geográfico. Uma prova de conceito será feita na utilização da classificação de área construída nos métodos dasimétrico para a estimação de população em gride. Ela mostrou um resultado promissor quando comparado com o método usual, possibilitando a melhoria da qualidade das estimativas. / [en] The importance of precise information about the population distribution is widely acknowledged. The census is considered the most reliable and complete source of this information, and its data are delivered in an aggregated form in sectors. These sectors are operational units with irregular shapes, which hinder the spatial analysis of the data. Thus, the transformation of sectors onto a regular grid would facilitate such analysis. A methodology to achieve this transformation could be based on remote sensing image classification to identify building where the population lives. The building detection is considered a complex task since there is a great variability of building characteristics and on the images quality themselves. The majority of methods are complex and very specialist dependent. The automatic methods require a large annotated dataset for training and they are sensitive to the image quality, to the building characteristics, and to the environment. In this thesis, we propose an automatic method for building detection based on a deep learning architecture that uses a relative small dataset with a large variability. The proposed method shows good results when compared to the state of the art. An annotated dataset has been built that covers 12 cities distributed in different regions of Brazil. Such images not only have different qualities, but also shows a large variability on the building characteristics and geographic environments. A very important application of this method is the use of the building area classification in the dasimetric methods for the population estimation into grid. The concept proof in this application showed a promising result when compared to the usual method allowing the improvement of the quality of the estimates.