Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Filippo, Michel Pedro
Data de Publicação: 2020
Outros Autores: michelpf13@gmail.com
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20282
Resumo: Discrimination between non-opaque minerals and embedding resin in reflected light microscopy images from ore samples is a challenging and well-documented problem. The similar specular reflectance of these materials makes it difficult to discriminate, even by human experts. Although slight visual differences, such as internal reflections and subtle differences in the polished surface, can help humans to delineate distinct particles of these materials, conventional image processing techniques are unable to capture such subjective features and tend to fail, becoming a problem for which a robust computational solution was still missing. Inspired by the recent success of deep learning techniques in image interpretation, the present work evaluates the effectiveness of semantic segmentation of ore images through deep learning models, in the discrimination between embedding epoxy resin and ore particles containing opaque and nonopaque minerals. In this work, the performance of the DeepLabv3+ architecture is evaluated and some variants are proposed in order to improve segmentation accuracy, particularly at the boundaries of mineral particles. The deep learning models were evaluated using four different data sets, containing images of different ores, acquired with different experimental configurations. The results showed outstanding performances, systematically over 90% Overall Accuracy and F1 Scores, and up to 94% for some datasets. Additionally, in order to analyze the generalization capacity of the deep learning solution, cross-validation evaluations were conducted, using one out of the four datasets for training the model, and testing it on the other datasets. Possibly, this work presents the first approach of semantic segmentation based on deep learning for the discrimination of opaque and non-opaque epoxy resin minerals in reflected light microscopy images
id UERJ_6f251950dc934e4382303fd66df5c9a0
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/20282
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro daGomes, Otávio da Fonseca MartinsMota, Guilherme Lucio AbelhaPaciornik, SidneiGonçalves, Marcos Vinicius Colaçohttp://lattes.cnpq.br/8046188275490493Filippo, Michel Pedromichelpf13@gmail.com2023-09-11T14:27:13Z2020-12-09FILIPPO, Michel Pedro. Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida. 2020. 68 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Computação) – Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20282Discrimination between non-opaque minerals and embedding resin in reflected light microscopy images from ore samples is a challenging and well-documented problem. The similar specular reflectance of these materials makes it difficult to discriminate, even by human experts. Although slight visual differences, such as internal reflections and subtle differences in the polished surface, can help humans to delineate distinct particles of these materials, conventional image processing techniques are unable to capture such subjective features and tend to fail, becoming a problem for which a robust computational solution was still missing. Inspired by the recent success of deep learning techniques in image interpretation, the present work evaluates the effectiveness of semantic segmentation of ore images through deep learning models, in the discrimination between embedding epoxy resin and ore particles containing opaque and nonopaque minerals. In this work, the performance of the DeepLabv3+ architecture is evaluated and some variants are proposed in order to improve segmentation accuracy, particularly at the boundaries of mineral particles. The deep learning models were evaluated using four different data sets, containing images of different ores, acquired with different experimental configurations. The results showed outstanding performances, systematically over 90% Overall Accuracy and F1 Scores, and up to 94% for some datasets. Additionally, in order to analyze the generalization capacity of the deep learning solution, cross-validation evaluations were conducted, using one out of the four datasets for training the model, and testing it on the other datasets. Possibly, this work presents the first approach of semantic segmentation based on deep learning for the discrimination of opaque and non-opaque epoxy resin minerals in reflected light microscopy imagesA discriminação entre minerais não opacos e a resina de embutimento em imagens de microscopia de luz refletida de amostras de minério é um problema desafiador e bem documentado. A refletância especular semelhante desses materiais dificulta sua discriminação, mesmo por especialistas humanos. Embora leves diferenças visuais, como reflexões internas e diferenças sutis na superfície polida, possam ajudar os humanos a delinear partículas distintas desses materiais, as técnicas convencionais de processamento de imagem não são capazes de capturar tais características (features) subjetivas e tendem a falhar, tornando-se um problema carente de uma solução computacional robusta. Inspirado no recente sucesso de técnicas de aprendizagem profunda (deep learning) na interpretação de imagens, o presente trabalho avalia a eficácia da segmentação semântica de imagens de minérios por meio de modelos de aprendizagem profunda, na discriminação entre a resina epóxi de embutimento e partículas de minério contendo minerais opacos e não opacos. Neste trabalho é avaliado o desempenho da arquitetura DeepLabv3+ e algumas variantes são propostas a fim de melhorar a precisão da segmentação, particularmente nas fronteiras das partículas minerais. Os modelos de aprendizagem profunda foram avaliados usando quatro conjuntos de dados distintos, contendo imagens de diferentes minérios, adquiridos com diferentes configurações experimentais. Os resultados mostraram desempenhos excelentes, sistematicamente acima de 90% de Overall Accuracy e F1 Score, e até 94% para alguns conjuntos de dados. Além disso, a fim de analisar a capacidade de generalização da solução de aprendizagem profunda, avaliações de validação cruzada foram conduzidas, usando um dos quatro conjuntos de dados para treinar o modelo e testando-o nos outros conjuntos de dados. Possivelmente, este trabalho apresenta a primeira abordagem de segmentação semântica baseada em aprendizagem profunda para a discriminação de minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia de luz refletidaSubmitted by Bárbara CTC/A (babalusotnas@gmail.com) on 2023-09-11T14:27:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Michel Pedro Filippo - 2020 - Completa.pdf: 10147580 bytes, checksum: 7f46fe9cb0b094753c38d59a0be79c4d (MD5)Made available in DSpace on 2023-09-11T14:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Michel Pedro Filippo - 2020 - Completa.pdf: 10147580 bytes, checksum: 7f46fe9cb0b094753c38d59a0be79c4d (MD5) Previous issue date: 2020-12-09Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Ciências ComputacionaisUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e EstatísticaDeep learningImage analysisSemantic segmentationOre microscopyIron oreProcessamento de imagensAnálise de imagemMicroscopia óticaMinériosAprendizagem profundaAnálise de imagemSegmentação semânticaMicroscopia de minérioMinério de ferroCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletidaDeep learning applied to ore characterization: discriminating opaque and non-opaque epoxy resin minerals in reflected light optical microscopy images.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertação - Michel Pedro Filippo - 2020 - Completa.pdfDissertação - Michel Pedro Filippo - 2020 - Completa.pdfapplication/pdf10147580http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20282/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Michel+Pedro+Filippo+-+2020+-+Completa.pdf7f46fe9cb0b094753c38d59a0be79c4dMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20282/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/202822024-02-27 14:34:50.056oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:34:50Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Deep learning applied to ore characterization: discriminating opaque and non-opaque epoxy resin minerals in reflected light optical microscopy images.
title Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
spellingShingle Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
Filippo, Michel Pedro
Deep learning
Image analysis
Semantic segmentation
Ore microscopy
Iron ore
Processamento de imagens
Análise de imagem
Microscopia ótica
Minérios
Aprendizagem profunda
Análise de imagem
Segmentação semântica
Microscopia de minério
Minério de ferro
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
title_short Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
title_full Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
title_fullStr Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
title_full_unstemmed Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
title_sort Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida
author Filippo, Michel Pedro
author_facet Filippo, Michel Pedro
michelpf13@gmail.com
author_role author
author2 michelpf13@gmail.com
author2_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da
dc.contributor.advisor2.fl_str_mv Gomes, Otávio da Fonseca Martins
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Mota, Guilherme Lucio Abelha
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Paciornik, Sidnei
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Gonçalves, Marcos Vinicius Colaço
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8046188275490493
dc.contributor.author.fl_str_mv Filippo, Michel Pedro
michelpf13@gmail.com
contributor_str_mv Costa, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da
Gomes, Otávio da Fonseca Martins
Mota, Guilherme Lucio Abelha
Paciornik, Sidnei
Gonçalves, Marcos Vinicius Colaço
dc.subject.eng.fl_str_mv Deep learning
Image analysis
Semantic segmentation
Ore microscopy
Iron ore
topic Deep learning
Image analysis
Semantic segmentation
Ore microscopy
Iron ore
Processamento de imagens
Análise de imagem
Microscopia ótica
Minérios
Aprendizagem profunda
Análise de imagem
Segmentação semântica
Microscopia de minério
Minério de ferro
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
dc.subject.por.fl_str_mv Processamento de imagens
Análise de imagem
Microscopia ótica
Minérios
Aprendizagem profunda
Análise de imagem
Segmentação semântica
Microscopia de minério
Minério de ferro
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
description Discrimination between non-opaque minerals and embedding resin in reflected light microscopy images from ore samples is a challenging and well-documented problem. The similar specular reflectance of these materials makes it difficult to discriminate, even by human experts. Although slight visual differences, such as internal reflections and subtle differences in the polished surface, can help humans to delineate distinct particles of these materials, conventional image processing techniques are unable to capture such subjective features and tend to fail, becoming a problem for which a robust computational solution was still missing. Inspired by the recent success of deep learning techniques in image interpretation, the present work evaluates the effectiveness of semantic segmentation of ore images through deep learning models, in the discrimination between embedding epoxy resin and ore particles containing opaque and nonopaque minerals. In this work, the performance of the DeepLabv3+ architecture is evaluated and some variants are proposed in order to improve segmentation accuracy, particularly at the boundaries of mineral particles. The deep learning models were evaluated using four different data sets, containing images of different ores, acquired with different experimental configurations. The results showed outstanding performances, systematically over 90% Overall Accuracy and F1 Scores, and up to 94% for some datasets. Additionally, in order to analyze the generalization capacity of the deep learning solution, cross-validation evaluations were conducted, using one out of the four datasets for training the model, and testing it on the other datasets. Possibly, this work presents the first approach of semantic segmentation based on deep learning for the discrimination of opaque and non-opaque epoxy resin minerals in reflected light microscopy images
publishDate 2020
dc.date.issued.fl_str_mv 2020-12-09
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-09-11T14:27:13Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv FILIPPO, Michel Pedro. Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida. 2020. 68 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Computação) – Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20282
identifier_str_mv FILIPPO, Michel Pedro. Aprendizagem profunda aplicada à caracterização de minérios: discriminando minerais opacos e não opacos de resina epóxi em imagens de microscopia ótica de luz refletida. 2020. 68 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Computação) – Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20282
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciências Computacionais
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e Estatística
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20282/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Michel+Pedro+Filippo+-+2020+-+Completa.pdf
http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/20282/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 7f46fe9cb0b094753c38d59a0be79c4d
e5502652da718045d7fcd832b79fca29
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1811728739151642624