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Type: Dissertação
Title: Avaliação de métodos de classificação de glaucoma em imagens de fundoscopia
Authors: Assis, Débora Ferreira de
Advisor: Cortez, Paulo César
Keywords: Teleinformática;Glaucoma - Classificação;Rede neural convolucional;Segmentation;Hyperparameter optimization
Issue Date: 2020
Citation: ASSIS, D. F. de. Avaliação de métodos de classificação de glaucoma em imagens de fundoscopia. 2020. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Abstract in Brazilian Portuguese: O glaucoma é uma doença ocular assintomática no início que, se não for tratada a tempo, pode acarretar a cegueira. A Organização Mundial de Saúde (OMS) estimou que em, 2020, o glaucoma deve afetar 80 milhões de pessoas e, em 2040, serão 111,5 milhões. Neste contexto, a presente dissertação visa comparar métodos de classificação e estudar diferentes técnicas de extração de características de imagens da base pública RIM-ONE versão 2 para auxiliar o médico especialista no diagnóstico da doença. São desenvolvidos 3 modelos com base em diferentes tipos de extração de características. O modelo 1 extrai características não geométricas previamente indicadas: Padrões Binários Locais (LBP), Histograma de Gradientes Orientados (HOG), momentos de Zernike e informações estatísticas do filtro de Gabor. No modelo 2 adicionam-se ao modelo 1 características geométricas extraídas das imagens. Já no modelo 3 são utilizadas arquiteturas pré- treinadas das redes convolucionais (MobileNet, VGG16, VGG19 e Resnet50) para extração de informações das imagens. Para cada modelo, as características obtidas são submetidas à Análise de Componentes Principais (PCA) para a redução de dimensionalidade, cujas componentes resultantes são classificadas por: Regressão Logística (RL), Árvore de decisão com aumento de gradiente (GBDT), Máquina de vetores de suporte (SVM), k vizinhos mais próximos (k-NN) e Perceptron Multicamadas (MLP). Para melhorar o desempenho de classificação, utilizam-se técnicas de otimização de hiperparâmetros através do algoritmo de pesquisa em grade. Dentre os três modelos avaliados, a extração de características do modelo 1 juntamente com a classificação utilizando o SVM, produzem as maiores taxas médias obtidas através das 100 execuções. Os resultados dos dados de teste atingem uma taxa média de acurácia igual a 89,03%, sensibilidade igual a 86,59%, especificidade igual a 91,06% e área sob a curva (AUC) igual a 88,95%.
Abstract: Glaucoma is an asymptomatic eye disease that, if not treated on time, can lead to blindness. The World Health Organization (WHO) estimates that by 2020 glaucoma should affect 80 million people and by 2040 it will be 111.5 million. In this context, the present dissertation aims to compare classification methods and study different techniques for the extraction of image characteristics, thus assisting the specialist physician in diagnosing the disease. Three models are developed based on different types of feature extraction. Model 1 extracts nongeometric characteristics: Local Binary Pattern (LBP), Histogram of Oriented Gradients (HOG), Zernike moments and Gabor filter statistical information. Model 2 is similar to model 1 with the addition of geometric features. And in model 3, pre-trained convolutional network models (MobileNet, VGG16, VGG19 and Resnet50) are used to extract information from the images. For each model, the obtained characteristics are submitted to Principal Component Analysis (PCA) for dimensionality reduction, the resulting components are classified by: Logistic Regression (RL), Gradient Increasing Decision Tree (GBDT), Support Vector Machine (SVM), k-nearest neighbors (k-NN), and Multilayer Perceptron (MLP). To improve classification performance, hyperparameter optimization techniques using Grid Search are used. Of the three models evaluated, model 1 produces the best results using SVM for classification. The test results achieved an average accuracy rate of 89.03%, sensitivity of 86.59%, specificity of 91.06% and AUC (area under a curve) of 88.95%.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52592
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