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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25060| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Adaptação de Domínio em Rede Neural Profunda para Segmentação Semântica de Minérios em Imagens de Microscopia Ótica de Luz Refletida |
| Título(s) alternativo(s): | Domain Adaptation in Deep Neural Networks for Semantic Segmentation of Mineral Particles in Reflected Light Microscopy Images |
| Autor: | Martins, Vinícius Zacharias ![]() |
| Primeiro orientador: | Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da |
| Segundo orientador: | Mota, Guilherme Lúcio Abelha |
| Primeiro membro da banca: | Gomes, Otávio da Fonseca Martins |
| Segundo membro da banca: | Vega, Pedro Juan Soto |
| Terceiro membro da banca: | Iglesias, Julio César Álvarez |
| Resumo: | A caracterização mineral tem um papel importante na indústria de mineração por fornecer dados e parâmetros visando apoiar o processamento eficiente e lucrativo de minérios. No entanto, as técnicas de caracterização de minérios requerem extensa análise de imagem, tornando impraticável a segmentação manual das fases minerais em larga escala. Assim, considerando o nível de exatidão fornecido pelos modelos de aprendizado profundo, eles representam uma potencial solução para o problema de automatizar a caracterização microestrutural de minérios. No entanto, o treinamento de modelos de aprendizado profundo requer uma quantidade abundante de imagens anotadas. Além disso, modelos supervisionados de aprendizado profundo treinados em dados de uma amostra de minério específica, aqui chamada de domínio fonte, tendem a ter um desempenho ruim em amostras de outros domínios. Nesse contexto, o domínio distinto costuma ser referido pelo termo domínio alvo, em oposição ao domínio fonte. Por outro lado, diferenças entre os domínios, o chamado deslocamento de domínio, podem surgir desde de discrepâncias na composição mineral como até mesmo resultar de amostras de uma mesma jazida mineral submetidas a processos de preparação distintos. Esta pesquisa se propõe a investigar o uso da técnica de adaptação de domínio DANN (Domain Adversarial Neural Network), baseada em treinamento adversarial, para melhorar a precisão da segmentação semântica da rede neural DeepLabv3+ no domínio alvo. A tarefa da rede é discriminar pixels de minério de pixels contendo resina em imagens de microscopia ótica de luz refletida do domínio alvo. Para esse propósito, o treinamento do modelo depende de imagens anotadas do domínio fonte e imagens não rotuladas do domínio alvo. Experimentos preliminares de validação cruzada entre domínios distintos, treinamento com dados de um domínio e teste em dados de um domínio distinto, revelaram uma dificuldade pronunciada na generalização do modelo. Este fato é motivador desta avaliação do potencial da adaptação de domínio na tentativa de preencher a perda de desempenho provocada pelos deslocamento entre domínios cruzados. Os resultados da adaptação de domínio mostraram que parte significativa dos modelos treinados com o framework DANN apresentaram métricas de performance consideravelmente acima do baseline de validação cruzada, atingindo ganhos de F1 de aproximadamente 38% e 33% nos dois melhores casos. Entretanto, nestes mesmos experimentos, apesar de ter funcionado muito bem para alguns casos, a adaptação de domínio não funcionou consistentemente para todas as combinações fonte e alvo testadas. Este resultado pode ser um indício de que a intensidade do deslocamento entre os domínios fonte e alvo possa ser um limitador importante no sucesso do método de adaptação de dominío. |
| Abstract: | In the mining industry, mineral characterization provides data and parameters to support efficient and profitable ore processing. However, mineral characterization techniques usually require extensive image analysis, making manual large-scale image segmentation of mineral phases impractical. Thus, considering the accuracy level provided by deep learning models, they represent a potential solution to the problem of automating mineralogical ore characterization. However, training deep learning models requires abundant annotated images. Besides, supervised deep learning models trained on data of a given ore sample, herein called the source domain, tend to perform poorly on a sample of another domain. In this context, the distinct domain is usually referred to as target domain, in opposition to source domain. In addition, in such application context, domain divergences, the so-called domain shift, may emerge from differences in mineral composition or even result from samples of the same mineral deposit submitted to distinct preparation processes. This research proposes the investigation of the domain adaptation technique DANN (Domain Adversarial Neural Network), based on adversarial training, to improve the classification accuracy of a DeepLabv3+ neural network model for semantic segmentation in the target domain. The task for the model is to discriminate ore and resin pixels in reflected light optical microscopy images of the target domain. Preliminary cross-validation experiments between different domains, training with data from one domain and testing on data from a different domain, revealed a pronounced difficulty in model’s generalization. This fact motivates the herein presented research regarding evaluation of the potential of domain adaptation as an attempt to compensate for the loss of performance caused by cross-domain shifts. The results of the domain adaptation showed that a significant part of the models trained with the DANN framework presented performance metrics considerably above the cross-validation baseline, achieving F1 score gains of approximately 38% and 33% in the best cases. However, in these same experiment set, despite that relative success, domain adaptation did not work consistently for all source and target combinations. This result may be an indication that the intensity of the displacement between the source and target domains may limit the success of the domain adaptation method. |
| Palavras-chave: | Deep learning Semantic segmentation Domain adaptation Microscopy Ore characterization Iron ore Copper ore Aprendizagem profunda Segmentação semântica Adaptação de domínio Microscopia Caracterização de minério Minério de ferro Minério de cobre segmentação de imagens |
| Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e Estatística |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciências Computacionais |
| Citação: | MARTINS, Vinícius Zacharias. Domain Adaptation in Deep Neural Networks for Semantic Segmentation of Mineral Particles in Reflected Light Microscopy Images. 2024. 99 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. 2024. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25060 |
| Data de defesa: | 13-Ago-2024 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Ciências Computacionais |
Arquivos associados a este item:
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| Dissertação - Vinícis Zacharias Martins - 2024 - Completa.pdf | 15,74 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar | |
| Termo - Vinicius Zacharias Martins - 2024.pdf | 1,11 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
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