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Título: Active fire segmentation in satellite images using machine learning: cross-sensor adaptation strategies
Título(s) alternativo(s): Segmentação de fogo ativo em imagens de satélite com machine learning: estratégias de adaptação entre sensores
Autor(es): Fusioka, André Minoro
Orientador(es): Minetto, Rodrigo
Palavras-chave: Incêndios florestais
Monitorização ambiental
Sensoriamento remoto
Transferência de aprendizagem
Aprendizado do computador
Processamento de imagens - Técnicas digitais
LANDSAT (Satélites)
Forest fires
Environmental monitoring
Remote sensing
Transfer of training
Machine learning
Image processing - Digital techniques
LANDSAT satellites
Data do documento: 10-Jun-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FUSIOKA, André Minoro. Active fire segmentation in satellite images using machine learning: cross-sensor adaptation strategies. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: A segmentação de fogo ativo através de imagens de satélite é uma atividade fundamental para o monitoramento do meio ambiente. Essa tarefa é comumente realizada através de métodos de limiarização baseados em equações projetadas para sensores específicos. O presente trabalho tem como foco de pesquisa a segmentação de fogo ativo através de técnicas de aprendizado de máquina em imagens de satélite, dispensando a definição manual de limiares. Mais especificamente, o estudo visa analisar diferentes estratégias e modelos de aprendizado para explorar semelhanças entre sensores distintos, reduzindo a quantidade de dados necessários para se treinar um modelo para um determinado satélite. Os satélites Landsat-8 e Sentinel-2 foram escolhidos como objeto de estudo devido à similaridade em seus espectros de observação. Na primeira parte desta pesquisa foram analisadas diferentes estratégias de transfer learning para adequar uma rede profunda treinada em imagens do satélite Landsat-8 para o Sentinel-2 utilizando poucas amostras rotuladas manualmente, obtendo resultados superiores aos algoritmos de limiarização específicos. Além disso, a pesquisa analisou o impacto das principais bandas utilizadas para segmentação de fogo ativo. A segunda parte da pesquisa analisou o desempenho de diferentes arquiteturas de redes quanto à adaptação entre os diferentes satélites, além de avaliar os impactos de problemas comumente encontrados em imagens do satélite Sentinel-2 sobre os modelos e os métodos de limiares. A terceira parte investigou o potencial de diferentes arquiteturas, incluindo modelos fundacionais, para o desenvolvimento de uma nova abordagem de segmentação de fogo ativo. Para isso, propôs-se uma solução híbrida que combina uma rede profunda com um ramo dedicado à aplicação de índices aprendidos automaticamente. Além de ser inerentemente interpretável, o ramo de índices apresenta baixo custo computacional e um número reduzido de parâmetros, atuando de forma complementar para maximizar a robustez e a capacidade de generalização da detecção.
Abstract: Active fire segmentation on satellite imagery is a fundamental activity for environmental monitoring. This task is commonly performed through thresholding methods based on equations designed for specific sensors. Our research focuses on active fire segmentation using machine learning techniques applied to satellite imagery, thereby eliminating the need for manual threshold definition. More specifically, our study aims at analyzing different strategies and deep learning models to exploit similarities between distinct sensors, reducing the amount of data required to train a model for a given satellite. The Landsat-8 and Sentinel-2 satellites were chosen as the objects of study due to the similarity in their observed spectra. In the first part of this research, we evaluated various transfer learning strategies to adapt a deep network trained on Landsat-8 images to Sentinel-2, using a limited number of labeled samples to achieve superior results compared to traditional thresholding algorithms. Additionally, we analyzed the impact of the main spectral bands used for active fire segmentation. In the second part, we examined the performance of different architectures when adapted between the two satellites, as well as evaluating the impacts of issues commonly encountered in Sentinel-2 imagery on both the models and the thresholding methods. In the third part, we investigated the potential of different architectures, including foundation models, for the development of a new active fire segmentation approach. To this end, we propose a hybrid solution that combines a deep network with a branch dedicated to the application of automatically learned indices. Besides being inherently interpretable, the index branch presents low computational cost and a reduced number of parameters, acting in a complementary manner to maximize the robustness and generalization capacity of the detection.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40651
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