Modelos de detecção de nuvens usando redes neurais totalmente convolucionais em imagens multiespectrais do sentinel-2

dc.contributor.advisor-co1SERUFFO, Marcos César da Rocha
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3794198610723464
dc.contributor.advisor-co1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-8106-0560
dc.contributor.advisor1BARROS, Fabrício José Brito
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9758585938727609
dc.contributor.advisor1ORCIDxxx
dc.contributor.memberARAÚJO, Jasmine Priscyla Leite de
dc.contributor.memberCOSTA, Gabriel Brito
dc.contributor.memberCARDOSO, Diego Lisboa
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4001747699670004
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0980355943575182
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0507944343674734
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-3514-0401
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-5254-489X
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-5971-3668
dc.creatorCORRÊA, Alan Breno Soares
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2000540500271202
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0009-0002-9590-8347
dc.date.accessioned2026-02-03T19:35:37Z
dc.date.available2026-02-03T19:35:37Z
dc.date.issued2025-03-28
dc.description.abstractAccurate cloud detection in satellite imagery is essential for various remote sensing applications, such as environmental monitoring and land cover change analysis. Satellites like Sentinel- 2 play a key role in this context, providing high-resolution imagery at a global scale with a short revisit period (5 days). However, the presence of clouds and cloud shadows poses a major challenge in the preprocessing of these images, hindering the precise extraction of information. Several approaches based on spectral thresholds and deep learning have been developed to mitigate this issue, but there is still room for improvement. This work proposes the use of Fully Convolutional Neural Networks (FCNNs) for cloud segmentation in Sentinel-2 images, exploring different processing levels (L1C and L2A) and combinations of input spectral bands (all bands and RGB+NIR). Models based on the UNet architecture were trained using EfficientNet-B1 and MobileNet-V2 encoders, aiming to compare performance, segmentation efficiency, and the impact of the number of bands. The CloudSen12 dataset, consisting of 10,000 images of 512×512 pixels from different regions around the world and covering diverse atmospheric conditions, was used for the experiments. Quantitative evaluation included metrics such as Accuracy, Intersection over Union (IoU), and F1-Score, while qualitative analysis was performed through visual inspection of the segmentation masks. The results showed that the EfficientNet-B1 encoder achieved the best performance, reaching 95.21% accuracy, 82.74% IoU, and 90.56% F1-Score. Additionally, models trained with only the RGB+NIR bands achieved competitive performance, with 94.87% accuracy, 81.38% IoU, and 89.73% F1-Score. The comparison between processing levels indicated that the removal of atmospheric effects in L2A had little influence on segmentation compared to L1C. Finally, the proposed models outperformed traditional approaches and other architectures from the literature, highlighting the potential of FCNNs to enhance cloud detection in remote sensing applications.
dc.description.resumoA detecção precisa de nuvens em imagens de satélite é fundamental para diversas aplicações de sensoriamento remoto, como monitoramento ambiental e análise de mudanças na cober-tura terrestre. Satélites como o Sentinel-2 desempenham um papel essencial nesse contexto, pois fornecem imagens de alta resolução em nível global, com curto período de revisita (5 dias). No entanto, a presença de nuvens e sombras de nuvens representa um grande desafio no pré-processamento dessas imagens, dificultando a extração precisa de informações. Diversas abordagens baseadas em limiares espectrais e aprendizado profundo foram desenvolvidas para mitigar esse problema, mas ainda há espaço para melhorias. Neste trabalho, propõe-se o uso de Fully Convolutional Neural Networks (FCNNs) para a segmentação de nuvens em imagens do Sentinel-2, explorando diferentes níveis de processamento (L1C e L2A) e combinações de bandas espectrais na entrada (todas as bandas e RGB+NIR). Modelos baseados na arquitetura UNet foram treinados utilizando os encoders EfficientNet-B1 e MobileNet-V2, visando comparar desempenho, eficiência na segmentação e impacto do número de bandas. O conjunto de dados CloudSen12, composto por 10.000 imagens de 512×512 pixels de diferentes regiões do mundo, foi utilizado para os experimentos, abrangendo diversas condições atmosféricas. A avaliação quantitativa incluiu métricas como Acurácia, Intersection over Union (IoU) e F1-Score, enquanto a análise qualitativa foi realizada por meio da inspeção visual das máscaras de segmentação. Os resultados demonstraram que o encoder EfficientNet-B1 apresentou o melhor desempenho, atingindo 95,21% de acurácia, 82,74% de IoU e 90,56% de F1-Score. Além disso, modelos treinados com apenas as bandas RGB+NIR apresentaram desempenho competitivo, com acurácia de 94,87%, IoU de 81,38% e F1-Score de 89,73%. A análise entre os níveis de processamento indicou que a remoção de efeitos atmosféricos no nível L2A teve pouca influência na segmenta- ção em relação ao nível L1C. Por fim, os modelos propostos superaram abordagens tradicionais e outras arquiteturas da literatura, destacando o potencial das FCNNs para aprimorar a detecção de nuvens em aplicações de sensoriamento remoto.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.identifier.citationCORRÊA, Alan Breno Soares. Modelos de detecção de nuvens usando redes neurais totalmente convolucionais em imagens multiespectrais do sentinel-2. Orientador: Fabrício José Brito Barros. 2025. 78 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17942. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17942
dc.languageporpt_BR
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Tecnologiapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectDetecção de Nuvem
dc.subjectSegmentação de imagens
dc.subjectSentinel-2
dc.subjectRedes neurais totalmente convolucionais
dc.subjectSensoriamento remoto
dc.subjectCloud detection
dc.subjectImage segmentation
dc.subjectFully convolutional neural networks
dc.subjectRemote sensing
dc.subject.areadeconcentracaoTELECOMUNICAÇÕES
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.subject.linhadepesquisaPROCESSAMENTO DIGITAL DE SINAIS
dc.titleModelos de detecção de nuvens usando redes neurais totalmente convolucionais em imagens multiespectrais do sentinel-2
dc.typeDissertaçãopt_BR

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