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Enregistrement W3161108381 · doi:10.5194/egusphere-egu21-12157

Deep Learning Enhances the Detection of Breeding Birds in UAV Images

2021· article· en· W3161108381 sur OpenAlexaff
Benjamin Kellenberger, Thor Veen, Eelke O. Folmer, Devis Tuia

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueIdentification and Quantification in Food
Établissements canadiensQuest University Canada
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSeabirdDeep learningWildlifeMarkov random fieldBiodiversityAbundance (ecology)Computer scienceArtificial intelligenceGeolocationWildlife refugeHigh resolutionGeographyCartographyRemote sensingMachine learningEcologyBiologyPredationImage (mathematics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Recently, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) equipped with high-resolution imaging sensors have become a viable alternative for ecologists to conduct wildlife censuses, compared to foot surveys. They cause less disturbance by sensing remotely, they provide coverage of otherwise inaccessible areas, and their images can be reviewed and double-checked in controlled screening sessions. However, the amount of data they generate often makes this photo-interpretation stage prohibitively time-consuming. In this work, we automate the detection process with deep learning [4]. We focus on counting coastal seabirds on sand islands off the West African coast, where species like the African Royal Tern are at the top of the food chain [5]. Monitoring their abundance provides invaluable insights into biodiversity in this area [7]. In a first step, we obtained orthomosaics from nadir-looking UAVs over six sand islands with 1cm resolution. We then fully labelled one of them with points for four seabird species, which required three weeks for five annotators to do and resulted in over 21,000 individuals. Next, we further labelled the other five orthomosaics, but in an incomplete manner; we aimed for a low number of only 200 points per species. These points, together with a few background polygons, served as training data for our ResNet-based [2] detection model. This low number of points required multiple strategies to obtain stable predictions, including curriculum learning [1] and post-processing by a Markov random field [6]. In the end, our model was able to accurately predict the 21,000 birds of the test image with 90% precision at 90% recall (Fig. 1) [3]. Furthermore, this model required a mere 4.5 hours from creating training data to the final prediction, which is a fraction of the three weeks needed for the manual labelling process. Inference time is only a few minutes, which makes the model scale favourably to many more islands. In sum, the combination of UAVs and machine learning-based detectors simultaneously provides census possibilities with unprecedentedly high accuracy and comparably minuscule execution time. Fig. 1: Our model is able to predict over 21,000 birds in high-resolution UAV images in a fraction of time compared to weeks of manual labelling. References 1. Bengio, Yoshua, et al. "Curriculum learning." Proceedings of the 26th annual international conference on machine learning. 2009. 2. He, Kaiming, et al. "Deep residual learning for image recognition." Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition. 2016. 3. Kellenberger, Benjamin, et al. “21,000 Birds in 4.5 Hours: Efficient Large-scale Seabird Detection with Machine Learning.” Remote Sensing in Ecology and Conservation. Under review. 4. LeCun, Yann, Yoshua Bengio, and Geoffrey Hinton. "Deep learning." nature 521.7553 (2015): 436-444. 5. Parsons, Matt, et al. "Seabirds as indicators of the marine environment." ICES Journal of Marine Science 65.8 (2008): 1520-1526. 6. Tuia, Devis, Michele Volpi, and Gabriele Moser. "Decision fusion with multiple spatial supports by conditional random fields." IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 56.6 (2018): 3277-3289. 7. Veen, Jan, Hanneke Dallmeijer, and Thor Veen. "Selecting piscivorous bird species for monitoring environmental change in the Banc d'Arguin, Mauritania." Ardea 106.1 (2018): 5-18.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,014
Tête enseignante GPT0,265
Écart entre enseignants0,252 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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