Driving Computer Vision Innovation Through the Constraints of Camera-Trap Data

dc.contributor.advisor-co1Colonna, Juan Gabriel
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9535853909210803eng
dc.contributor.advisor1Santos, Eulanda Miranda dos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3054990742969890eng
dc.contributor.referee2Souto, Eduardo James Pereira
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3875301617975895eng
dc.contributor.referee2orcidhttps://orcid.org/0000-0003-0003-908Xeng
dc.contributor.referee3Carvalho, José Reginaldo Hughes
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3161958119304780eng
dc.contributor.referee4Cristo, Marco Antônio Pinheiro de
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/6261175351521953eng
dc.contributor.referee5Oliveira, Luiz Eduardo Soares de
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/8607171759049558eng
dc.creatorCunha, Francisco Fagner do Rego
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4017414575809629eng
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7495-2552eng
dc.date.issued2026-08-17
dc.description.abstractArmadilhas fotográficas são uma ferramenta não invasiva e de baixo custo para o monitoramento da fauna e a pesquisa ecológica. No entanto, elas produzem um grande volume de dados, cujo processamento manual é caro e demorado. Nos últimos anos, o aprendizado profundo tem possibilitado a extração automatizada de informações desses sensores, acelerando o processamento de dados e o monitoramento da biodiversidade em larga escala. Apesar disso, diversos desafios continuam sendo insuficientemente abordados, incluindo o extremo desbalanceamento entre classes, a disponibilidade limitada de dados rotulados, os recursos computacionais restritos e a dificuldade de contar indivíduos em sequências de imagens. Consequentemente, o objetivo principal deste trabalho é investigar como as restrições inerentes aos dados de armadilhas fotográficas podem impulsionar novos métodos de visão computacional em condições reais, com foco em três tarefas principais: filtragem de imagens vazias, classificação de espécies em cenários de cauda longa e contagem de animais em sequências de imagens. Para a filtragem de imagens vazias, analisamos a relação de compromisso entre modelos de classificação e de detecção sob restrições de implantação em dispositivos embarcados, mostrando que abordagens de classificação oferecem uma alternativa prática de baixa latência quando os recursos computacionais e as anotações de detecção são limitados. Para lidar com o desbalanceamento extremo na tarefa de reconhecimento de espécies, na qual espécies raras e ecologicamente importantes são frequentemente negligenciadas, é proposto o framework Square-Root Sampling Branch (SSB), que combina cabeças de classificação treinadas sob diferentes distribuições de amostragem para melhorar o desempenho nas classes da cauda, enquanto minimiza a degradação da acurácia nas classes majoritárias. Também foi realizada uma avaliação sistemática de estratégias para tratar o problema de cauda longa em quatro bases de dados de armadilhas fotográficas e quatro famílias de arquiteturas de visão computacional. Para a contagem de animais, motivados pelos grandes deslocamentos dos objetos e pela escassez de anotações de rastreamento para sequências de imagens de armadilhas fotográficas obtidas com baixa taxa de frames, introduz-se o PuTR-CouT, um framework de contagem por rastreamento baseado em Transformers, treinado em dados fracamente supervisionados gerados via conhecimento prévio de armadilhas fotográficas e que permite contagem de múltiplas espécies. O método proposto atinge uma pontuação de 0,0248642 no benchmark iWildCam 2021, superando métodos tradicionais de rastreamento de múltiplos objetos e apresentando uma melhoria de aproximadamente 15,2% em relação à solução vencedora do desafio. Em suma, as contribuições desta tese incluem análises comparativas e novos métodos para filtragem eficiente de imagens vazias, classificação de espécies em cauda longa e contagem de animais por rastreamento, mostrando como as restrições inerentes aos dados de armadilhas fotográficas podem guiar inovações metodológicas em visão computacional para o monitoramento da vida selvagem.por
dc.description.resumoCamera traps are a non-invasive and cost-effective tool for wildlife monitoring and ecological research. However, they produce large volumes of image data for which manual processing is expensive and time-consuming. In recent years, deep learning has enabled the automated extraction of ecological information from camera-trap images, accelerating data processing and supporting large-scale biodiversity monitoring. Nevertheless, several challenges remain insufficiently addressed, including extreme class imbalance, limited labeled datasets, constrained computational resources, and the difficulty of counting individuals across image sequences. Accordingly, the main objective of this work is to investigate how the inherent constraints of camera-trap data can drive the development of novel computer vision methods under real-world conditions, focusing on three main tasks: empty-frame filtering, long-tailed species classification, and animal counting across image sequences. For empty-frame filtering, we analyze the trade-off between classification and detection models under edge-deployment constraints, showing that classification approaches can provide a practical low-latency alternative when computational resources and detection annotations are limited. To address the extreme imbalance in species recognition, where rare yet ecologically important species are often neglected, we propose the Square-Root Sampling Branch (SSB), a framework that combines classification heads trained under different sampling distributions to improve tail-class performance while minimizing the degradation of head-class accuracy. We further provide a systematic evaluation of long-tail learning strategies across four camera-trap datasets and four model architectures. For animal counting, motivated by the large object displacements and scarcity of tracking annotations in low-frame-rate camera-trap sequences, we introduce PuTR-CouT, a transformer-based counting-by-tracking framework trained using a weakly labeled dataset generated from camera-trap priors that enables multi-species counting. The proposed method achieves a score of 0.0248642 on the iWildCam 2021 benchmark, outperforming the evaluated traditional multi-object trackers and improving by approximately 15.2% over the winning solution of the iWildCam 2021 challenge. Overall, the thesis contributes comparative analyses and new methods for efficient empty-frame filtering, long-tailed classification, and counting-by-tracking, showing how constraints inherent to camera-trap data can guide methodological innovation in computer vision for wildlife monitoring.eng
dc.description.sponsorshipFAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonaseng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationCUNHA, Francisco Fagner do Rego. Driving Computer Vision Innovation Through the Constraints of Camera-Trap Data. 2026. 138 f. Tese (Doutorado em Informática) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2026.eng
dc.identifier.urihttps://tede.ufam.edu.br/handle/tede/12000
dc.languageengeng
dc.publisherUniversidade Federal do Amazonaseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Computaçãoeng
dc.publisher.initialsUFAMeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Informáticaeng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/por
dc.subjectCamera Trap Image Analysis,eng
dc.subjectAnálise de imagens de armadilhas fotográficaspor
dc.subjectWildlife Monitoringeng
dc.subjectDeep Learningeng
dc.subjectLong-Tailed Learningeng
dc.subjectMulti-Object Trackingeng
dc.subjectMonitoramento da vida selvagempor
dc.subjectAprendizado profundopor
dc.subjectRastreamento de múltiplos objetospor
dc.subjectAprendizado de cauda longapor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA: CIENCIA DA COMPUTACAOeng
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/98301/TESE_FranciscoCunha_PPGI.pdf.jpg*
dc.titleDriving Computer Vision Innovation Through the Constraints of Camera-Trap Dataeng
dc.typeTeseeng

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