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Type: Dissertação
Title: Entropia Diferencial Multiescala na Descrição e Análise de Formas
Authors: Pinheiro, Raphael Gomes
Advisor: Medeiros, Fátima Nelsizeuma Sombra de
Keywords: Análise de formas;Curvatura multiescala;Entropia diferencial;Classificação de formas;Otimização meta-heurística
Issue Date: 2021
Citation: PINHEIRO, Raphael Gomes. Entropia diferencial multiescala na descrição e análise de formas. 2021. 53 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Teleinformática, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: A análise e o reconhecimento de formas são fundamentais no projeto de sistemas baseados em visão computacional. O grande desafio consiste em desenvolver métodos robustos capazes de extrair características significativas dessas formas para representá-las. Nesse contexto, os descritores multiescala são uma alternativa na caracterização de formas, utilizando-se de uma ferramenta versátil e eficiente. Este trabalho propõe um descritor de formas com base na entropia diferencial da curvatura multiescala (MEC), que apresenta melhor poder de discriminação em formas quando comparado ao já consolidado descritor energia de dobramento multiescala normalizado (NMBE). Em uma primeira abordagem, esses dois descritores são comparados com descritores monoescala em experimentos de classificação com formas de três bases públicas: Kimia-99, MPEG7-CE e Flavia, sendo esta uma base de folhas de plantas. Os resultados mostraram que os descritores monoescala foram mais efetivos nas formas da base Kimia-99, enquanto o MEC apresentou melhor desempenho nas duas últimas bases, que são inclusive as mais desafiadoras. Na segunda abordagem, os parâmetros de ajuste dos descritores ou escalas do MEC e do NMBE são otimizadas por um algoritmo meta-heurístico denominado Simulated Annealing. Para tanto, empregamos uma função custo de validação de agrupamentos, a Silhouette, visando encontrar, através da otimização, o melhor conjunto de escalas que maximize a coesão intraclasse e a separação entre classes. Após a otimização, realizamos experimentos de classificação cujos resultados apresentaram um ganho considerável nas taxas de precisão, de revocação e de Acurácia, com destaque especial para o descritor proposto na base de folhas, que superou em 10% o ganho na precisão. Por fim, a terceira abordagem proposta considera a concatenação de ambos os descritores multiescala, sendo esta última a que refletiu em maior ganho de desempenho nos experimentos de classificação.
Abstract: Shape analysis and recognition are fundamental in the design of systems based on computer vision. The greatest challenge is to develop robust methods capable of extracting significant features from these shapes to represent them. In this context, multiscale descriptors are an alter- native in the characterization of shapes, using a versatile and efficient tool. This work proposes a shape descriptor based on the differential entropy of the multiscale curvature (MEC), which presents better shape discrimination power when compared to the already consolidated descriptor normalized multiscale bending energy (NMBE). In a first approach, these two descriptors are compared with monoscale descriptors in shape classification experiments from three public bases: Kimia-99, MPEG7-CE and Flavia, which is a dataset of plant leaves. The results showed that the monoscale descriptors were more effective in Kimia-99 dataset, while the MEC had the best performance in the last two datasets, which are even the most challenging. In the second approach, the adjustment parameters or scales of the MEC and NMBE descriptors are optimized by a meta-heuristic algorithm called Simulated Annealing. For that, we employ a clustering validation cost function, the Silhouette, aiming to find, through optimization, the best set of scales that maximize the intraclass cohesion and the separation between classes. After optimization, we carried out classification experiments whose results showed a considerable gain in precision, recall and accuracy measures, with special emphasis on the descriptor proposed on the leaves dataset, which exceeded by 10% the gain in precision. Finally, the proposed third approach considers the concatenation of both multiscale descriptors, the latter being the one that reflected the greatest performance gain in the classification experiments.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59659
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