Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/53457
Type: Tese
Title: Detecção de fogo baseada em sinais de vídeo por meio de análise de séries temporais
Other Titles: Fire detection based on video signals through time series analysis
Authors: Roger Junio Campos
First Advisor: Hani Camille Yehia
First Referee: Adriano Vilela Barbosa
Second Referee: Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
Third Referee: Adriano Chaves Lisboa
metadata.dc.contributor.referee4: Allan Kardec Duailibe Barros Filho
Abstract: Nos últimos anos, incêndios florestais de grandes proporções têm sido frequentemente noticiados em âmbito mundial. Quando não controlados, podem provocar impactos irreparáveis, como perda da biodiversidade, prejuízos à saúde humana, a propriedades rurais, indústrias e a todas as comunidades que permeiam as florestas. Outrossim, devido ao desenvolvimento tecnológico e à necessidade de maiores áreas para plantio de alimentos, as florestas, no mundo todo, têm sido cada vez mais suprimidas. Nesse contexto, torna-se indispensável a adição de técnicas eficazes capazes de detectar incêndios automaticamente. Nesse sentido, nos últimos anos, é possível observar um aumento significativo de técnicas que investigam a detecção automática do fogo. Essas técnicas geralmente são baseadas em algoritmos de visão computacional e podem compreender desde o processamento de vídeos ou imagens ao uso de aprendizado profundo, especialmente as redes neurais convolucionais. Neste trabalho é apresentado um método para detecção de fogo em duas etapas baseado em sinais de vídeo por meio de análise de séries temporais. Na primeira etapa, regiões com possibilidade de incidência de fogo são selecionadas por meio de um detector espacial implementado por uma rede neural convolucional. Na segunda etapa, é utilizado um detector temporal baseado na análise das séries temporais (AST) das regiões de interesse (ROIs) identificadas pelo detector espacial. A AST consiste em uma sequência de passos: inicialmente, a ROI do vídeo investigado é dividida em blocos de dimensão NxN pixels e, para cada um desses blocos, é computada uma série temporal média. Com intuito de realçar o efeito da cintilação do fogo, a primeira diferença temporal é calculada, rotulada e organizada em vetores de entrada para serem classificados por meio de seis algoritmos de aprendizado de máquina. São analisados valores diferentes do tamanho do bloco NxN, observando o desempenho computacional. Ao todo são usados 87 vídeos para avaliar a AST, sendo que 35 compõem o conjunto de treinamento dos algoritmos de aprendizado de máquina e 52 compõem o conjunto de testes. A abordagem AST foi aplicada às ROIs com possibilidades de fogo, identificadas pelo detector espacial. O conjunto de teste é constituído por 50% dos vídeos sendo falsos positivos e 50% sendo verdadeiros positivos. Os resultados experimentais obtidos mostram que a adição de informações temporais ao detector espacial produz reduções significativas na taxa de erro. Essa redução depende do tamanho do bloco utilizado. O melhor desempenho foi obtido com regiões de interesse divididas em tamanhos de bloco de 8x8 pixels e com o classificador SVM. Nesse cenário, a AST é capaz de eliminar todos os falsos positivos sem reduzir a taxa de verdadeiros positivos, adicionando um tempo médio de processamento por vídeo de menos de 1 segundo.
Abstract: In recent years, large forest fires have often been reported worldwide. When they are not controlled, they can have irreparable impacts such as loss of biodiversity, human health losses, rural properties, industries and all the communities that permeate forests. In addition, due to technological development and the need for higher areas of food planting, forests worldwide have been increasingly suppressed. In this context, it is essential to add effective techniques capable of automatically detecting fires. In this sense, in recent years, it is possible to observe a significant increase in the techniques that investigate automatic fire detection. These techniques are usually based on computational vision algorithms and can understand from video processing or images to the use of deep learning, especially convolutionary neural networks. This work is presented a method for detecting fire in two steps based on video signals by analyzing the temporal series. In the first stage, regions with the possibility of fire are selected through a spatial detector implemented by a convolutionary neural network. In the second stage, a temporal detector is used based on the analysis of the temporal series (AST) of the regions of interest identified by the space detector. AST consists of a sequence of steps: initially, the investigated video ROI is divided into blocks of dimension $ n \times N $ pixels and, for each of these blocks, an average temporal series is calculated. To improve the glow effect of fire, the first temporal difference is calculated, labeled and organized into input vectors to be classified by six machine learning algorithms. The values different from the size of the Block $ N \times N $ are analyzed, observing computational performance. In all 87 videos are used to evaluate AST, with 35 composing the training set of machine learning algorithms and 52 make up the test set. The AST approach was applied to ROI's with fire possibilities, identified by the space detector. The test set consists of 50 \% of the videos being false positive and 50 \% being true positive. Experimental results show that the addition of temporal information to the spatial detector produces significant error reductions. This reduction depends on the size of the block used. The best performance was obtained with regions of interest divided into $8\times 8$ pixels and SVM classifier. In this scenario, AST is able to eliminate all false positives without reducing the real positive rate by adding an average video processing time less than 1 second.
Subject: Engenharia elétrica
Análise de séries temporais
Detectores
Fogo
Aprendizado de máquina
Redes neurais convolucionais
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/53457
Issue Date: 20-Mar-2023
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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