Aplicação de deep learning para análise de imagens de microscopia eletrônica, varredura e campo

Bibliographic Details
Main Author: Migliari, Sara Lopes
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Download full: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36842
Summary: It is undeniable that technologies, such as those derived from programming languages, applied to machine learning and image processing, have been crucial for scientific research. Alongside these, open and higher­quality databases that feed algorithms and optimize the application of deep learning codes. It is in this context of innovative methodologies and high­level information that the present work was carried out. We sought to identify patterns in images using different segmentation methods such as binary thresholding, inverted binary, Gaussian, adaptive mean, and overlay. Another method was the use of simple and scanning electron microscopy (SEM) to visualize plant morphological structures such as trichomes and endospores over periods of 24 and 72 hours. It is also important to mention that the field images generated by the segmentation method were used to assess possible events such as diseases caused by bacteria, and fungi. As for the results obtained from our study, the segmentation method is more reliable when the output information is extracted from convolutional networks applied to transfer learning in the Xception and InceptionV3 networks. Likewise, the segmentation method proves to be significant when it is used to increase the quality of images. Therefore, based on the analyzes conducted and the observation of the images resulting from the proposed algorithm, we understand that a deep learning application for the analysis of images by segmentation can help professionals both in detecting anomalies and in identifying patterns in images based on the quantity of pixels. We add that deep learning automates analyzes of microscopic or stereoscopic view counts with greater precision, selecting regions of interest to be examined as well as can indicate whether the analytical tools in operation provide promising outputs elaborated on reliable statistical and computational analyses.
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Another method was the use of simple and scanning electron microscopy (SEM) to visualize plant morphological structures such as trichomes and endospores over periods of 24 and 72 hours. It is also important to mention that the field images generated by the segmentation method were used to assess possible events such as diseases caused by bacteria, and fungi. As for the results obtained from our study, the segmentation method is more reliable when the output information is extracted from convolutional networks applied to transfer learning in the Xception and InceptionV3 networks. Likewise, the segmentation method proves to be significant when it is used to increase the quality of images. Therefore, based on the analyzes conducted and the observation of the images resulting from the proposed algorithm, we understand that a deep learning application for the analysis of images by segmentation can help professionals both in detecting anomalies and in identifying patterns in images based on the quantity of pixels. We add that deep learning automates analyzes of microscopic or stereoscopic view counts with greater precision, selecting regions of interest to be examined as well as can indicate whether the analytical tools in operation provide promising outputs elaborated on reliable statistical and computational analyses.É inegável que tecnologias, como aquelas provenientes das linguagens de programação, aplicadas ao aprendizado de máquina e ao processamento de imagens, têm sido determinantes para a pesquisa científica. Juntamente com elas, os bancos de dados abertos e de maior qualidade, que alimentam algoritmos e otimizam a aplicação de códigos de deep learning. É nesse contexto de metodologias inovadoras e informações de elevado nível que o presente trabalho se deu. Buscamos identificar padrões em imagens a partir de diferentes métodos de segmentação como o da limiarização binária, da binária invertida, gaussiana, adaptativa média e de sobreposição. Outro método foi uso da microscopia eletrônica simples e por varredura (MEV) para a visualização de estruturas morfológicas de plantas como os tricomas e os endósporos com períodos de 24 e 72 horas. Também é importante mencionar que as imagens de campo geradas pelo método da segmentação foram usadas com a finalidade de aferir possíveis eventos como doenças causadas por bactérias e fungos. Quanto aos resultados obtidos a partir de nosso estudo, verifica­se a maior confiabilidade no método da segmentação quando as informações de saída se extraem das redes convolucionais aplicadas ao aprendizado por transferência nas redes Xception e InceptionV3. Igualmente, o método de segmentação se revela significativo quando é empregado para o aumento da qualidade das imagens. Portanto, com base nas análises conduzidas e na observação das imagens resultantes do algoritmo proposto, entendemos que a aplicação de deep learning para a análise de imagens por segmentação pode auxiliar profissionais tanto na detecção de anomalias quanto identificação de padrões nas imagens baseado na quantidade de pixels. Acrescentamos que o aprendizado profundo automatiza análises de contagens de visualização microscópica ou estereoscópica com maior precisão, seleciona regiões de interesse a serem examinadas bem como pode indicar se as ferramentas analíticas em funcionamento proporcionam saídas promissoras apoiadas em métricas de avaliações estatísticas e computacionais seguras.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilDepartamento Acadêmico de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em BioinformáticaUTFPRSanches, Danilo Sipolihttp://lattes.cnpq.br/6377657274398145Sanches, Silvio Ricardo Rodrigueshttp://lattes.cnpq.br/9931293076574399Sanches, Danilo Sipolihttp://lattes.cnpq.br/6377657274398145Silla Junior, Carlos Nascimentohttp://lattes.cnpq.br/0755283890960491Oliveira, Claiton dehttp://lattes.cnpq.br/8851289265109891Migliari, Sara Lopes2025-05-19T21:53:54Z2025-05-19T21:53:54Z2024-08-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMIGLIARI, Sara Lopes. Aplicação de deep learning para análise de imagens de microscopia eletrônica, varredura e campo. 2024. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Bioinformática) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Cornélio Procópio, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36842porAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-05-20T06:12:00Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/36842Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-05-20T06:12Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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