Hydropower plants create blockages in fish migration routes. Fish ladders can serve as alternative routes but are complex to install and follow up to help adapt and develop them further. In this study, computer vision tools are considered in this regard. More specifically, object detection is applied to images collected in a hydropower plant fish ladder to localise and classify wild, farmed and unknown fish labelled according to the presence, absence or uncertainty of an adipose fin. Fish migration patterns are not deterministic, making it a challenge to collect representative and balanced data to train a model that is resilient to changing conditions. In this study, two data imbalances are addressed by modifying a YOLOv3 baseline model: foreground-foreground class imbalance is targeted using hard and soft resampling and positional imbalance using translation augmentation. YOLOv3 is a convolutional neural network predicting bounding box coordinates, class probabilities and confidence scores simultaneously. It divides images into grids and makes predictions based on grid cell locations and anchor box offsets. Performance is estimated across 10 random data splits and different bounding box overlap thresholds, using (mean) average precision as well as recall, precision and F1 score estimated at optimal validation set confidence thresholds. The Wilcoxon signed-ranks test is used for determining statistical significance. In experiments, the best performance was observed on wild and farmed fish, with F1 scores reaching 94.8 and 89.0 percent respectively. The inconsistent appearance of unknown fish appears harder to generalise to, with a corresponding F1 score of 65.7 percent. Soft sampling but especially translation augmentation contributed to enhanced performance and reduced variance, implying that the baseline model is particularly sensitive to positional imbalance. Spatial dependencies introduced by YOLOv3’s grid cell strategy likely produce local bias or overfitting. An experimental evaluation highlight the importance of not relying on a single data split when evaluating performance on a moderately large or custom dataset. A key challenge observed in experiments is the choice of a suitable confidence threshold, influencing the dynamics of the results. / Vattenkraftverk blockerar fiskars vandringsvägar. Fisktrappor kan skapa alternativa vägar men är komplexa att installera och följa upp för vidare anpassning och utveckling. I denna studie betraktas datorseende i detta avseende. Mer specifikt appliceras objektdetektering på bilder samlade i en fisktrappa i anslutning till ett vattenkraftverk, med målet att lokalisera och klassificera vilda, odlade och okända fiskar baserat på förekomsten, avsaknaden eller osäkerheten av en fett-fena. Fiskars migrationsmönster är inte deterministiska vilket gör det svårt att samla representativ och balanserad data för att trana en modell som kan hantera förändrade förutsättningar. I denna studie addresseras två obalanser i datan genom modifikation av en YOLOv3 baslinjemodell: klass-obalans genom hård och mjuk återanvändning av data och positionell obalans genom translation av bilder innan träning. YOLOv3 är ett convolutional neural network som simultant förutsäger avgränsnings-lådor, klass-sannolikheter och prediktions-säkerhet. Bilder delas upp i rutnätceller och prediktioner görs baserat på cellers position samt modifikation av fördefinierade avgränsningslådor. Resultat beräknas på 10 slumpmässiga uppdelningar av datan och för olika tröskelvärden för avgränsningslådors överlappning. På detta beräknas (mean) average precision, liksom recall, precision och F1 score med tröskelvärden för prediktions-säkerhet beräknat på valideringsdata. Wilcoxon signed-ranks test används för att avgöra statistisk signifikans. Bäst resultat observeras på vilda och odlade fiskar, med F1 scores som når 94.8 respektive 89.0 procent. Okända fiskars inkonsekventa utseenden verkar svårare att generalisera till, med en motsvarande F1 score på 65.7 procent. Mjuk återanvändning av data men speciellt translation bidrar till förbättrad prestanda och minskad varians, vilket pekar på att baslinjemodellen är särskilt känslig för positionell obalans. Spatiala beroenden skapade av YOLOv3s rutnäts-strategi producerar troligen lokal partiskhet eller överträning. I en experimentell utvärdering understryks vikten av multipel uppdelning av datan vid evaluering på ett måttligt stort eller egenskapat dataset. Att välja tröskelvärdet för prediktions-säkerhet anses utmanande och påverkar resultatens dynamik.

In the past years, Deep Convolutional Neural Networks have proven to be very useful for 2D Object Detection in many applications. These types of networks require large amounts of labeled data, which can be increasingly costly for companies deploying these detectors in practice if the data quality is lacking. Pool-based Active Learning is an iterative process of collecting subsets of data to be labeled by a human annotator and used for training to optimize performance per labeled image. The detectors used in Active Learning cycles are conventionally pre-trained with a small subset, approximately 2% of available data labeled uniformly at random. This is something I challenged in this thesis by using image metadata. With the motivation of many Machine Learning models being a "jack of all trades, master of none", thus it is hard to train models such that they generalize to all of the data domain, it can be interesting to develop a detector for a certain target metadata domain. A simple Monte Carlo method, Rejection Sampling, can be implemented to sample according to a metadata target domain. This would require a target and proposal metadata distribution. The proposal metadata distribution would be a parametric model in the form of a Gaussian Mixture Model learned from the training metadata. The parametric model for the target distribution could be learned in a similar manner, however from a target dataset. In this way, only the training images with metadata most similar to the target metadata distribution can be sampled. This sampling approach was employed and tested with a 2D Object Detector: Faster-RCNN with ResNet-50 backbone. The Rejection Sampling approach was tested against conventional random uniform sampling and a classical Active Learning baseline: Min Entropy Sampling. The performance was measured and compared on two different target metadata distributions that were inferred from a specific target dataset. With a labeling budget of 2% for each cycle, the max Mean Average Precision at 0.5 Intersection Over Union for the target set each cycle was calculated. My proposed approach has a 40 % relative performance advantage over random uniform sampling for the first cycle, and 10% after 9 cycles. Overall, my approach only required 37 % of the labeled data to beat the next best-tested sampler: the conventional uniform random sampling. / De senaste åren har Djupa Neurala Faltningsnätverk visat sig vara mycket användbara för 2D Objektdetektering i många applikationer. De här typen av nätverk behöver stora mängder av etiketterat data, något som kan innebära ökad kostnad för företag som distribuerar dem, om kvaliteten på etiketterna är bristfällig. Pool-baserad Aktiv Inlärning är en iterativ process som innebär insamling av delmängder data som ska etiketteras av en människa och användas för träning, för att optimera prestanda per etiketterat data. Detektorerna som används i Aktiv Inlärning är konventionellt sätt förtränade med en mindre delmängd data, ungefär 2% av all tillgänglig data, etiketterat enligt slumpen. Det här är något jag utmanade i det här arbetet genom att använda bild metadata. Med motiveringen att många Maskininlärningsmodeller presterar sämre på större datadomäner, eftersom det kan vara svårt att lära detektorer stora datadomäner, kan det vara intressant att utveckla en detektor för ett särskild metadata mål-domän. För att samla in data enligt en metadata måldomän, kan en enkel Monte Carlo metod, Rejection Sampling implementeras. Det skulle behövas en mål-metadata-distribution och en faktisk metadata distribution. den faktiska metadata distributionen skulle vara en parametrisk modell i formen av en Gaussisk blandningsmodell som är tränad på träningsdata. Den parametriska modellen för mål-metadata-distributionen skulle kunna vara tränad på liknande sätt, fast ifrån mål-datasetet. På detta sätt, skulle endast träningsbilder med metadata mest lik mål-datadistributionen kunna samlas in. Den här samplings-metoden utvecklades och testades med en 2D objektdetektor: Faster R-CNN med ResNet-50 bildegenskapextraktor. Rejection sampling metoden blev testad mot konventionell likformig slumpmässig sampling av data och en klassisk Aktiv Inlärnings metod: Minimum Entropi sampling. Prestandan mättes och jämfördes mellan två olika mål-metadatadistributioner som var framtagna från specifika mål-metadataset. Med en etiketteringsbudget på 2%för varje cykel, så beräknades medelvärdesprecisionen om 0.5 snitt över union för mål-datasetet. Min metod har 40%bättre prestanda än slumpmässig likformig insamling i första cykeln, och 10 % efter 9 cykler. Överlag behövde min metod endast 37 % av den etiketterade data för att slå den näst basta samplingsmetoden: slumpmässig likformig insamling.