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Type: Dissertação
Title: Um estudo de design science research (DSR) utilizado em uma abordagem de inteligência artificial na redução de dados em bordas computacionais
Author: Cotta, Samuel Cunha
First Advisor: Dantas, Mário Antônio Ribeiro
Second Advisor: Araújo, Marco Antônio Pereira
Referee Member: Quintela, Bárbara de Melo
Referee Member: Pinto, Milena Faria
Resumo: O crescente volume de dados digitais, o pilar da Inteligência Artificial (IA), oriundos da borda computacional, especialmente em aplicações com Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) que capturam grandes quantidades de imagens em campo, impõe um desafio crítico: a necessidade de otimizar o processamento e a latência em dispositivos com severas restrições de hardware e energia. Visando analisar e comparar métodos de compressão de imagens baseados em IA para mitigar a latência na borda, este trabalho empregou a metodologia Design Science Research (DSR) em dois ciclos iterativos. A solução desenvolvida consistiu na implementação de modelos de Autoencoder (AE) de diferentes complexidades. Convencional, AE Variacional (VAE) e Penalizado por Redundância, treinados em ambiente de nuvem de alto desempenho utilizando imagens de VANT do dataset SARD-2. No Ciclo 1, os modelos foram comparados e otimizados quanto à qualidade de reconstrução e eficiência computacional, revelando que uma estrutura simples e otimizada é mais eficaz que arquiteturas excessivamente complexas. O AE Convencional Otimizado superou as variantes mais complexas, alcançando o melhor equilíbrio entre qualidade (PSNR = 20,71 dB; MS-SSIM = 0,9359) e tempo de processamento. No Ciclo 2, o modelo vencedor foi convertido e executado em ambiente de borda simulada por meio da plataforma OpenVINO, com simulação de hardware restrito e precisão FP32. A validação experimental demonstrou latência média de 21,2 ms e estabilidade temporal adequada para aplicações quase em tempo real, confirmando a viabilidade do modelo leve em dispositivos embarcados. Os resultados consolidam a tese de que a eficiência na borda depende da adequação estrutural do modelo ao hardware, e não apenas da sofisticação algorítmica. Este trabalho contribui como baseline metodológico replicável para compressão inteligente de imagens VANT, conciliando desempenho, sustentabilidade computacional e princípios da Ciência Aberta.
Abstract: The growing volume of digital data, the pillar of Artificial Intelligence (AI), originating from the computational edge, especially in applications with Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) that capture large amounts of images in the field, poses a critical challenge: the need to optimize processing and latency on devices with severe hardware and power constraints. Aiming to analyze and compare AI-based image compression methods to mitigate latency at the edge, this work employed the Design Science Research (DSR) methodology in two iterative cycles. The solution developed consisted of implementing Autoencoder (AE) models of different complexities. Conventional, Variational Autoencoder (VAE), and Redundancy-Penalized Autoencoder, trained in a high-performance cloud environment using UAV images from the SARD-2 dataset. In Cycle 1, the models were compared and optimized for reconstruction quality and computational efficiency, revealing that a simple and optimized structure is more effective than overly complex architectures. The Optimized Conventional AE outperformed the more complex variants, achieving the best balance between quality (PSNR = 20.71 dB; MS-SSIM = 0.9359) and processing time. In Cycle 2, the winning model was converted and run in a simulated edge environment using the OpenVINO platform, with restricted hardware simulation and FP32 precision. Experimental validation demonstrated an average latency of 21.2 ms and adequate temporal stability for near real-time applications, confirming the viability of the lightweight model in embedded devices. The results consolidate the thesis that efficiency at the edge depends on the structural adequacy of the model to the hardware, and not only on algorithmic sophistication. This work contributes as a replicable methodological baseline for intelligent UAV image compression, reconciling performance, computational sustainability, and Open Science principles.
Keywords: Autoencoder
Borda computacional
Inteligência artificial
Compressão de imagens
Sustentabilidade computacional
Metodologia DSR
Ciência aberta
Edge computing
Artificial intelligence
Image compression
Computational sustainability
DSR methodology
Open science
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19901
Issue Date: 17-Nov-2025
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