Sistema de classificação auxilia na identificação de espécies por meio de cantos de pássaros

Processo feito de forma automática por meio da computação facilita o trabalho de ornitólogos

Imagem: Reprodução

A identificação de espécies de pássaros por meio de seus cantos é um trabalho no qual os ornitólogos vêm se dedicando há muito tempo. Foi pensando na facilitação desse processo que os alunos Felipe Felix e Nicolas Figueiredo propuseram um sistema de classificação automática de espécies por meio de sons de pássaros.

A pesquisa é resultado do trabalho de conclusão de curso de Felipe e da iniciação científica de Nicolas. O projeto foi desenvolvido com o grupo de computação musical do Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Dificuldades na classificação manual de pássaros

Segundo os pesquisadores, os ornitólogos são capazes de fazer essa classificação de forma eficiente, errando muito pouco. Mas o problema se torna mais complexo quando se tratam de áudios com grandes extensões”. A vantagem da classificação automática é quando as quantidades de áudio começam a ficar muito grandes”, diz Nicolas. “Imagine ficar ouvindo horas de gravação ou trabalhar com um banco de dados com cem pássaros. É muito difícil fazer essa classificação manualmente”, completa Felipe.

A classificação automática, porém, não substitui a manual. Em alguns casos, o método mais tradicional pode se mostrar mais eficiente. “Dependendo da aplicação, a classificação manual é por onde ir. Se for necessário identificar um pássaro específico que está em determinada região, o ornitólogo consegue fazer isso muito bem”, afirma Felipe.

O sistema de classificação automática proposto foca em casos nos quais a classificação manual se torna impraticável. “Uma das aplicações que a gente estava vendo é de monitorar a população de pássaros de uma região. Você deixa gravando e não vai depois analisar horas de gravações para ver quantos pássaros diferentes cantaram. Isso é algo que poderia ser feito automaticamente”, diz Nicolas. “E isso pode ser quase infinito. Se você quer estudar se uma espécie está saindo de uma região ou se está nascendo mais, você pode gravar o local durante um ano. É impossível classificar isso manualmente”, aponta Felipe.

Etapas do sistema de classificação

Para a identificação de uma espécie de ave, os ornitólogos utilizam diferentes características do som de seu canto, como frequência, energia, altura, intervalo entre notas, dentre outras. Foram nessas características que os estudantes se basearam para elaborar o sistema classificador.

O sistema inclui diferentes etapas. As primeiras fazem parte do pré-processamento, área mais estudada por Nicolas, e consistem na filtragem e segmentação. A filtragem se encarrega de eliminar qualquer ruído que não seja os sons dos pássaros. Como as gravações normalmente ocorrem nas florestas, o áudio captado inclui muitos outros barulhos desnecessários. Já a segmentação consiste em cortar o áudio e deixar apenas as partes em que há o canto. Visto que os arquivos de áudio trabalhados são muito extensos, essas etapas são fundamentais para a classificação.

Em seguida há a extração das características, área mais estudada por Felipe. As características são determinantes para que a máquina consiga entender e identificar as espécies, pois são em forma de números. “Quando você fornece o dado cru para o computador, ele não vai conseguir comprar isso muito bem. O dado cru é basicamente um arquivo de áudio e ele é muito incomparável. Então a gente precisa partir desses arquivos de áudio e extrair algumas características que tornam essa comparação mais fácil”, explica Felipe. As características extraídas são as mesmas já usadas pelos ornitólogos na classificação manual.

Uma limitação do sistema, porém, é que ele só é capaz de classificar um determinado número de espécies de cada vez. Ele pode identificar cinco ou dez espécies diferentes, dependendo do número para o qual ele foi treinado.

Aplicação prática

Um sistema de classificação automática de pássaros pode contribuir de diversas formas para a conservação das espécies e para a preservação da natureza. O monitoramento de deslocamento de populações e percepção de início de mutações nas espécies são alguns dos exemplos citados pelos pesquisadores. Mas a aplicação pode ir para além das aves, podendo dar informações sobre outros seres vivos. “A gente sabe que os pássaros são bons indicadores de biodiversidade, então dá para perceber a partir deles se o habitat está florescendo ou se está sendo destruído. Isso porque os pássaros normalmente fogem muito rápido, então é uma indicação muito boa de como se encontra o habitat”.

Há ainda muito a ser descoberto seguindo essa linha de pesquisa. Os pesquisadores apontam muitas outras aplicações que poderiam ser possíveis no futuro, por meio de novos trabalhos nessa área. “Os problemas não são nada triviais e não existem muitas soluções boas para eles, então tem muita coisa para ser explorada”, finaliza Felipe.

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