Dengue incidence rate estimation using aerial and street-level urban imagery with deep learning models

Abstract

Motivada por teorias sociológicas que apresentam a aparência física do ambiente urbano como um fator influente no comportamento dos indivíduos habitantes, a recente área de pesquisa Sociologia Computacional Visual investiga modelos de visão computacional para inferir variáveis latentes, como indicadores demográficos, socioeconômicos, culturais e de saúde a partir de imagens urbanas aéreas e no nível da rua. Da mesma forma que as ocorrências criminais podem ser inferidas a partir da aperência do ambiente urbano, ocorrências de doenças, como a dengue, também podem ser explicadas a partir de dados visuais presentes nas imagens. Este trabalho propõe o uso de técnicas de visão computacional capazes de extrair atributos de imagens urbanas automaticamente e modelos de rede neural para regressão múltipla de variaáveis latentes da incidência da dengue usando atributos visuais do ambiente urbano como preditores. Foram realizados experimentos com imagens aéreas e de rua, juntamente com dados históricos de dengue nas capitais Rio de Janeiro (RJ), São Paulo (SP) e Salvador (BA). Os resultados mostraram evidências de que (i) features de imagens no nível da rua podem ser usadas para estimar as taxas de incidência de dengue, embora os modelos que utilizam features de imagens aéreas apresentem melhores resultados, e (ii) a combinação de features aéreas e de nível de rua contribuem para melhores resultados na estimativa das taxas de incidência de dengue; (iii) modelos generalizam insuficientemente para outras cidades, melhorando ligeiramente os resultados ao usar técnicas de transfer learning e mais cidades no treinamento; e (iv) Redes Neurais Convolucionais Profundas (Deep ConvNet) são adequadas para uso no modelo proposto, uma vez que apresenta melhores resultados em comparação com técnicas de descritores projetados. Finalmente, espera-se que os modelos propostos contribuam para uma melhoria no estado da arte dos modelos de estimativa de dengue, e os resultados obtidos contribuam para as políticas de saúde pública nos centros urbanos, por meio de melhores resultados ou na otimização de sua realização.