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Tipo: Dissertação
Título: IQAEvolNet: A Novel Unsupervised Evolutionary Image Enhancement Algorithm on Chest X-Ray Scans
Título em inglês: IQAEvolNet: A Novel Unsupervised Evolutionary Image Enhancement Algorithm on Chest X-Ray Scans
Autor(es): Vasconcelos Filho, Carlos Alfredo Cordeiro de
Orientador: Albuquerque, Victor Hugo Costa de
Coorientador: Cortez, Paulo Cesar
Palavras-chave em português: Aprimoramento de imagens;Rede neural convolucional;Aprendizado não supervisionado;Algoritmo genético;Raio-x;Imagem médica
Palavras-chave em inglês: Image enhancement;Convolutional Neural Network;Unsupervised learning;Evolutionary algorithms;X-ray;Medical image
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 11-Jul-2024
Citação: VASCONCELOS FILHO, Carlos Alfredo de. IQAEvolNet: A Novel Unsupervised Evolutionary Image Enhancement Algorithm on Chest X-Ray Scans. 2024. 78 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: As imagens de raio-X são amplamente utilizadas no campo médico devido ao seu baixo custo e natureza não invasiva, mas sofrem de problemas de ruído relacionados ao equipamento ou a fatores ambientais. Existem várias soluções na literatura para combater esse problema, sendo a principal o uso de algoritmos de processamento de imagem sem aprendizado para o aprimoramento de imagens de raio-X. Em outras áreas de aplicação, como imagens com pouca luz e subaquáticas, há um amplo uso de modelos de inteligência artificial para tarefas de aprimoramento de imagem, mas o treinamento de modelos de inteligência artificial para o aprimoramento de imagens médicas enfrenta desafios significativos. No aprendizado supervisionado, a obtenção de um conjunto de dados com imagens ruidosas e suas contrapartes aprimoradas é imperativa. Ao lidar com imagens médicas, pode ser difícil ter acesso a pares de alta qualidade/baixa qualidade devido ao contexto restritivo em que essas imagens são capturadas. Para lidar com esse problema, este artigo apresenta um algoritmo inovador de aprendizado não supervisionado para o aprimoramento de imagens de raio-X de tórax. A abordagem sugerida começa com o pré-treinamento de um modelo usando vários algoritmos de aprimoramento de imagem como referência para estabelecer um conjunto inicial de soluções. Em seguida, um algoritmo evolutivo é empregado para refinar essas soluções iniciais. Esse algoritmo incorpora duas métricas de aprimoramento de imagem, Entropia e o Natural Image Quality Evaluator(NIQE), juntamente com o Índice de Similaridade Estrutural como indicadores de aptidão. Nosso método foi testado em um conjunto de dados de Raio-X de tórax e nossos resultados demonstram que nossa abordagem alcançou uma pontuação NIQE melhor de 4.05 em comparação com 4.24, e um tempo de processamento mais rápido de 2.95 milissegundos em comparação com 0.195 segundos, em relação ao algoritmo estado-da-arte com as melhores pontuações de NIQE e entropia. Mostramos que nosso algoritmo supera os algoritmos estado-da-arte em termos de pontuação NIQE e tempo de processamento.
Abstract: X-ray images are widely used in the medical field due to their low cost and non-invasive nature, but they suffer from noise problems related to equipment or environmental factors. There are multiple solutions in the literature to combat this problem, with the main one being the use of non-learning image processing algorithms for X-ray image enhancement. In other areas of application, such as low-light and underwater images, there is an extensive use of artificial intelligence models for image enhancement tasks, but the training of artificial intelligence models for medical image enhancement encounters significant challenges. In supervised learning, obtaining a dataset with authentic noisy images and their manually enhanced counterparts as labels is imperative. When dealing with medical images it can be difficult to have access to high-quality/low-quality pairs because of the restrictive context where these images are taken. To deal with this problem, this paper introduces an innovative approach to unsupervised learning for chest x-ray image enhancement. The suggested approach begins with the pre-training of a model using multiple image enhancement algorithms as reference to establish an initial set of solutions. Following this, an evolutionary algorithm is employed to refine these initial solutions. It incorporates two image enhancement metrics, Entropy and the Natural Image Quality Evaluator(NIQE), along with Structural Similarity Index as fitness indicators. We tested our method in a Chest X-ray dataset and our findings demonstrate that our method achieved a better NIQE, 4.05 compared to 4.24, and a faster processing time, 2.95 milliseconds compared to 0.195 seconds, in relation to the state-of-the-art algorithm with the best NIQE and entropy. We showed that our algorithm outperforms state-of-the-art algorithms in NIQE and processing time.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78756
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/7346075215581116
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-3886-4309
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4186515742605446
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-4020-3019
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/5024602152304064
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DETE - Dissertações defendidas na UFC

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