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HydroVision: Predicción de parámetros ópticamente activos en aguas superficiales mediante visión artificial

Created by
  • Haebom

Autor

Shubham Laxmikant Deshmukh, Matthew Wilchek, Feras A. Batarseh

Describir

HydroVision es un marco de clasificación de escenas basado en aprendizaje profundo que estima parámetros ópticamente activos de la calidad del agua, como la clorofila alfa, la clorofila, la materia orgánica disuelta pigmentada (CDOM), la ficocianina, los sedimentos en suspensión y la turbidez, mediante imágenes RGB de aguas superficiales. Entrenado con más de 500.000 imágenes estacionales recopiladas entre 2022 y 2024 por el Sistema de Visualización e Información de Imágenes Hidrológicas del Servicio Geológico de Estados Unidos, HydroVision demuestra su potencial para el monitoreo de la calidad del agua en condiciones reales bajo diversas condiciones. Utiliza imágenes RGB como una alternativa escalable y rentable a la teledetección multiespectral e hiperespectral tradicional. En una evaluación de VGG-16, ResNet50, MobileNetV2, DenseNet121 y la red Vision Transformer, DenseNet121 obtuvo el mejor rendimiento con un R2 de 0,89 para la predicción de CDOM. Si bien el modelo actual está optimizado para imágenes bien iluminadas, se planea realizar trabajos futuros para mejorar su robustez en situaciones de poca luz y obstrucciones para ampliar su utilidad operativa.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Contribuye a la respuesta ante desastres y a la protección de la salud pública al presentar un método de monitoreo de la calidad del agua sin contacto utilizando aprendizaje profundo.
Las imágenes RGB permiten la construcción de sistemas de monitoreo de la calidad del agua rentables y escalables en comparación con los métodos convencionales de detección remota multiespectral e hiperespectral.
La predicción precisa de diversos parámetros de calidad del agua contribuye a la detección temprana de tendencias de contaminación y a un mayor monitoreo por parte de los organismos reguladores.
Alta precisión (puntuación R2 0,89 en predicción CDOM) lograda utilizando la arquitectura DenseNet121.
Limitations:
El modelo actual está optimizado para imágenes bien iluminadas, por lo que el rendimiento puede degradarse en situaciones de poca luz y con obstáculos.
Necesidad de mejorar el rendimiento de generalización para diversas condiciones ambientales.
Se requiere análisis de incertidumbre y evaluación de confiabilidad de los resultados de predicción del modelo.
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