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dc.creatorSpancerski, Jandrei Sartori-
dc.date.accessioned2026-07-08T20:53:15Z-
dc.date.available2026-07-08T20:53:15Z-
dc.date.issued2026-06-03-
dc.identifier.citationSPANCERSKI, Jandrei Sartori. Forest species identification using macroscopic images and convolutional neural networks. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40731-
dc.description.abstractAutomatic identification of forest species from macroscopic wood images is a growing operational demand for environmental enforcement, customs control, and commercial verification, in the context of the fight against illegal timber trade and the conservation of forest biodiversity. This research develops a deep learning pipeline for this task, emphasizing the construction of a heterogeneous database, the systematic selection of a suitable architecture, and the in-depth analysis of the chosen model in terms of accuracy, robustness, and interpretability. A unified corpus was assembled from three distinct sources, covering 73 forest species, with scale calibration across capture devices and patch extraction at 448 × 448 pixels with controlled overlap. Five representative architectures (VGG16, ResNet50, InceptionV3, MobileNetV2, and YOLOv8) were compared under identical conditions, establishing the YOLO family as the basis for a benchmark of fifteen models spanning three generations (YOLOv8, YOLO11, and YOLO26) and five sizes (nano to extra-large). Four models achieved top-1 accuracy of 99.87% (MCC = 0.9987) and image-level majority voting yielded 100% accuracy on the 1,714 test images for YOLO26- medium, the configuration that combines the best balance between accuracy and computational efficiency, with inference in 2.13 ms per patch. Robustness was characterized by three complementary out-of-distribution detection methods on two distinct scenarios, revealing a dissociation between closed-set accuracy and rejection capability. Interpretability combined t-SNE projections and multiscale RISE saliency maps, evidencing that residual errors reflect anatomical ambiguities inherent at the macroscopic level. Complementary robustness analyses characterized the sensitivity to field image degradation, with sensor noise as the most critical factor, and the generalization across capture devices, showing that exposure to field data during training is decisive and that a few examples per species recover the performance through few-shot adaptation. The results establish a reference for macroscopic forest species identification and indicate the feasibility of deploying intermediate-sized models on edge devices, that is, portable, resourceconstrained hardware that runs inference locally, such as smartphones used in the field.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/pt_BR
dc.subjectÁrvores - Identificaçãopt_BR
dc.subjectVisão por computadorpt_BR
dc.subjectAprendizado profundo (Aprendizado do computador)pt_BR
dc.subjectConservação de florestaspt_BR
dc.subjectSistemas de reconhecimento de padrõespt_BR
dc.subjectMadeira - Identificaçãopt_BR
dc.subjectProcessamento de imagens - Técnicas digitaispt_BR
dc.subjectRedes neurais (Computação)pt_BR
dc.subjectTrees - Identificationpt_BR
dc.subjectComputer visionpt_BR
dc.subjectDeep learning (Machine learning)pt_BR
dc.subjectForest conservationpt_BR
dc.subjectPattern recognition systemspt_BR
dc.subjectWood - Identificationpt_BR
dc.subjectImage processing - Digital techniquespt_BR
dc.subjectNeural networks (Computer science)pt_BR
dc.titleForest species identification using macroscopic images and convolutional neural networkspt_BR
dc.title.alternativeIdentificação de espécies florestais usando imagens macroscópicas e redes neurais convolucionaispt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoA identificação automática de espécies florestais a partir de imagens macroscópicas de madeira é uma demanda crescente para fiscalização ambiental, controle aduaneiro e verificação comercial, no contexto do combate ao comércio ilegal de madeira e da conservação da biodiversidade florestal. Esta pesquisa desenvolve um pipeline baseado em aprendizado profundo para essa tarefa, com ênfase na construção de uma base de dados heterogênea, na seleção sistemática da arquitetura e na análise do modelo escolhido em termos de acurácia, robustez e interpretabilidade. Um corpus unificado foi montado a partir de três fontes distintas, cobrindo 73 espécies florestais, com calibração de escala entre dispositivos de captura e extração de patches a 448 × 448 pixels com sobreposição controlada. Cinco arquiteturas representativas (VGG16, ResNet50, InceptionV3, MobileNetV2 e YOLOv8) foram comparadas em condições idênticas, estabelecendo a família YOLO como base para um benchmark de quinze modelos cobrindo três gerações (YOLOv8, YOLO11 e YOLO26) e cinco tamanhos (nano a extra-large). Quatro modelos atingiram acurácia top-1 de 99,87% (MCC = 0,9987) e a votação por maioria ao nível de imagem rendeu 100% de acurácia nas 1.714 imagens de teste para o YOLO26- medium, configuração que combina a melhor relação entre acurácia e eficiência computacional, com inferência em 2,13 ms por patch. A robustez foi caracterizada por três métodos complementares de detecção de entradas fora da distribuição em dois cenários distintos, revelando uma dissociação entre acurácia em conjunto fechado e capacidade de rejeição. A interpretabilidade combinou projeções t-SNE e mapas de saliência RISE multiescala, evidenciando que os erros residuais refletem ambiguidades anatômicas inerentes ao nível macroscópico. Análises complementares de robustez avaliaram a sensibilidade a degradações de imagem típicas de campo, com o ruído de sensor como fator mais crítico, e a generalização entre dispositivos de captura, evidenciando que a exposição a dados de campo durante o treino é determinante e que poucos exemplos por espécie recuperam o desempenho por adaptação few-shot. Os resultados estabelecem uma referência para a identificação macroscópica de espécies florestais e apontam a viabilidade da implantação de modelos de tamanho intermediário em dispositivos de borda (edge devices), equipamentos portáteis de baixo poder computacional que executam a inferência localmente, como smartphones usados em campo.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-4077-281Xpt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/3679627342546710pt_BR
dc.contributor.advisor1Schneider, Fábio Kurt-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6916-1361pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/1463591813823167pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Kugler, Mauricio-
dc.contributor.advisor-co1Paula Filho, Pedro Luiz de-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4241-7165pt_BR
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-6291-9237pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5293764719094660pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8149364045680042pt_BR
dc.contributor.referee1Lazzaretti, André Eugênio-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1861-3369pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttps://lattes.cnpq.br/7649611874688878pt_BR
dc.contributor.referee2Schneider, Fábio Kurt-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6916-1361pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/1463591813823167pt_BR
dc.contributor.referee3Oliveira, Luiz Eduardo Soares de-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-0595-5370pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttps://lattes.cnpq.br/8607171759049558pt_BR
dc.contributor.referee4Campagnolo, Marcelo Angelo-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-5973-7910pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4231525079449216pt_BR
dc.contributor.referee5Nisgoski, Silvana-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-9595-9131pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttps://lattes.cnpq.br/0081210618221925pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAOpt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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