Применение технологий нейронных сетей и компьютерного зрения для анализа изображений кожных новообразований
Аннотация:
Предмет исследования. Исследована возможность применения нейронных сетей и компьютерного зрения для анализа изображений кожных новообразований и выявления признаков развития различных патологий, в том числе онкологических. Разработана методика оценки значимости комбинаций цветовых каналов и пространств с применением технологий компьютерного зрения, а именно, методов локальных бинарных шаблонов и гистограмм ориентированных градиентов для извлечения признаков кожных изменений и бинарной классификации новообразований кожи человека. Оптимизация комбинаций признаков позволит более эффективно решать проблему разделимости данных при классификации. Показана возможность исследования кожных новообразований при использовании набора данных малого объема (менее 1000 изображений). Предложено применение методики к данным, получаемым с помощью нового уникального метода многоспектральной обработки кожных новообразований. Метод. Использованы изображения из наборов данных ISIC-19 и ISIC-20. Для тренировки и валидации моделей сформированы выборки с ограничением в 1000 изображений, а также дополнительная тестовая выборка из 250 изображений. Все изображения приведены к единому размеру 128 × 128 пикселов и преобразованы в цветовые пространства YCrCb, BGR, Grayscale, HSV. По каждому цветовому каналу извлечены признаки с помощью методов локальных бинарных шаблонов и гистограмм ориентированных градиентов. Для классификации данных применен ряд математических моделей, в том числе нейронные сети. Выполнена оценка эффективности комбинаций объединения признаков по цветовым каналам и методам их извлечения. Предобработанные изображения разделены на тренировочную и валидационную подвыборки в соотношении 70/30 %. Проведена оценка моделей с помощью метрик Accuracy, Recall, Precision и F1-score на стратифицированной кросс-валидации и тестовой выборке. Оптимизация параметров моделей осуществлена на основе функции потерь, представленной усредненным значением по кросс-валидации и оценке на валидационной выборке. Основные результаты. В процессе исследований выполнено более 15 000 оптимизаций параметров моделей. Наиболее устойчивые результаты на валидационном наборе данных достигнуты при ансамблировании моделей, обученных на комбинации признаков с применением методов локальных бинарных шаблонов и гистограмм ориентированных градиентов. Показано, что модели с использованием только метода локальных бинарных шаблонов имеют лучшие значения метрик, применение их не рекомендуется на практике без ансамблирования с более сильными моделями. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при использовании ансамбля из state-of-the-art сверточных и рекуррентных нейронных сетей. Предложенный подход является универсальным и применим как для анализа отдельных изображений кожных новообразований, так и для анализа их последовательностей, полученных по методу многоспектральной обработки изображений. Методику можно использовать на наборах данных с ограниченным их количеством. Полученные результаты будут полезны специалистам в областях компьютерного зрения и анализа медицинских снимков.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Влияние размерности, геометрии и ориентации наноструктур на распределение электрического поля в вопросах усиления комбинационного рассеяния света
- Оптические свойства планарных плазмон-активных поверхностей, модифицированных золотыми нанозвездами
- Применение методов биорадиофотоники для обработки биоэлектрических сигналов
- Автоматическое распознавание структур в полупрозрачных движущихся объектах на основе голографической муаровой интерферометрии
- Применение метода цифровой голографической интерферометрии для исследования низкотемпературной импульсной плазмы
- Полихромный источник света для реализации многоспектрального метода обработки изображений кожных новообразований
- Уменьшение влияния амплитудных искажений LiNbO3 фазового модулятора на сигнал волоконно-оптического гироскопа за счет применения дополнительной модуляции
- Расчет и оптимизация оптической схемы фотоприемного модуля спектрального диапазона 1,3–1,6 мкм
- Анализ остаточных признаков с декомпозицией по эмпирическим модам для извлечения пространственных последовательных шаблонов из серийных изображений дистанционного зондирования
- Формирование траектории цифрового двойника многозвенного механизма с использованием адаптивного алгоритма оценки параметров нелинейного движения
- Исследование спектрально-люминесцентных свойств квантовых точек CsPb(BrCl)3 во фторфосфатных стеклах
- Исследование оптических явлений в мультиспектральном матричном фотоприемнике на основе кремния
- Исследование влияния отклонения от стехиометрии иттрий алюминиевого граната на эффективность конверсии ионов хрома в четырехвалентное состояние
- Влияние низких температур и термического отжига на оптические свойства квантовых точек InGaPAs
- Контроль динамики экструзии при трехмерной печати изделий
- Подход к обнаружению сообщества в динамических сетях, основанный на принудительной неотрицательной матричной факторизации
- Система визуального отображения изменения физиологического состояния пациентов с хроническим нарушением сознания и передачи данных по беспроводной оптической связи
- Обработка данных ледовой разведки при условии низкого качества исходных изображений
- Прогнозирование летального исхода у пациентов с установленным диагнозомCOVID-19
- Генерация слабейших предусловий программ с динамической памятью в символьном исполнении
- О возможности расширения исследуемых динамических диапазонов в термоанемометрии
- Эффект биений в одноосноориентированных полимерных материалах
- Численная методика расчета тяги сопла широкодиапазонного ракетного двигателя
- Численное моделирование характеристик высоконесущих профилей с энергетическими методами увеличения подъемной силы