International Journal of Computer Science & Network Security
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제21권9호
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pp.51-62
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2021
Plant disease is one of the issues that can create losses in the production and economy of the agricultural sector. Early detection of this disease for finding solutions and treatments is still a challenge in the sustainable agriculture field. Currently, image processing techniques and machine learning methods have been applied to detect plant diseases successfully. However, the effectiveness of these methods still needs to be improved, especially in multiclass plant diseases classification. In this paper, a convolutional neural network with a batch normalization-based deep learning approach for classifying plant diseases is used to develop an automatic diagnostic assistance system for leaf diseases. The significance of using deep learning technology is to make the system be end-to-end, automatic, accurate, less expensive, and more convenient to detect plant diseases from their leaves. For evaluating the proposed model, an experiment is conducted on a public dataset contains 20654 images with 15 plant diseases. The experimental validation results on 20% of the dataset showed that the model is able to classify the 15 plant diseases labels with 96.4% testing accuracy and 0.168 testing loss. These results confirmed the applicability and effectiveness of the proposed model for the plant disease detection task.
A battery management system (BMS) provides some functions for ensuring safety and reliability that includes algorithms estimating battery states. Given the changes caused by various operating conditions, the state-of-health (SOH), which represents a figure of merit of the battery's ability to store and deliver energy, becomes challenging to estimate. Machine learning methods can be applied to perform accurate SOH estimation. In this study, we propose a Long-Term Recurrent Convolutional Network (LRCN) that combines the Convolutional Neural Network (CNN) and Long Short-term Memory (LSTM) to extract aging characteristics and learn temporal mechanisms. The dataset collected by the battery aging experiments of NASA PCoE is used to train models. The input dataset used part of the charging profile. The accuracy of the proposed model is compared with the CNN and LSTM models using the k-fold cross-validation technique. The proposed model achieves a low RMSE of 2.21%, which shows higher accuracy than others in SOH estimation.
We propose a detection algorithm based on tree-structured convolutional neural networks (TsCNNs) that finds pornography, propaganda, or other inappropriate content on a social media network. The algorithm sequentially applies the typical convolutional neural network (CNN) algorithm in a tree-like structure to minimize classification errors in similar classes, and thus improves accuracy. We implemented the detection system and conducted experiments on a data set comprised of 6 ordinary classes and 11 inappropriate classes collected from the Korean military social network. Each model of the proposed algorithm was trained, and the performance was then evaluated according to the images and videos identified. Experimental results with 20,005 new images showed that the overall accuracy in image identification achieved a high-performance level of 99.51%, and the effectiveness of the algorithm reduced identification errors by the typical CNN algorithm by 64.87 %. By reducing false alarms in video identification from the domain, the TsCNNs achieved optimal performance of 98.11% when using 10 minutes frame-sampling intervals. This indicates that classification through proper sampling contributes to the reduction of computational burden and false alarms.
Quoc Tuan Hoang;Xuan Hien Pham;Anh Vu Le;Trung Thanh Bui
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권3호
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pp.678-700
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2023
Diagnosing breast diseases using ultrasound (US) images remains challenging because it is time-consuming and requires expert radiologist knowledge. As a result, the diagnostic performance is significantly biased. To assist radiologists in this process, computer-aided diagnosis (CAD) systems have been developed and used in practice. This type of system is used not only to assist radiologists in examining breast ultrasound images (BUS) but also to ensure the effectiveness of the diagnostic process. In this study, we propose a new approach for breast lesion localization and segmentation using a multi-scale pyramid of the ultrasound image of a breast organ and a convolutional semantic segmentation network. Unlike previous studies that used only a deep detection/segmentation neural network on a single breast ultrasound image, we propose to use multiple images generated from an input image at different scales for the localization and segmentation process. By combining the localization/segmentation results obtained from the input image at different scales, the system performance was enhanced compared with that of the previous studies. The experimental results with two public datasets confirmed the effectiveness of the proposed approach by producing superior localization/segmentation results compared with those obtained in previous studies.
In this paper, we propose a black ice detection platform framework using Convolutional Neural Networks (CNNs). To overcome black ice problem, we introduce a real-time based early warning platform using CNN-based architecture, and furthermore, in order to enhance the accuracy of black ice detection, we apply a multi-scale dilation convolution feature fusion (MsDC-FF) technique. Then, we establish a specialized experimental platform by using a comprehensive dataset of thermal road black ice images for a training and evaluation purpose. Experimental results of a real-time black ice detection platform show the better performance of our proposed network model compared to conventional image segmentation models. Our proposed platform have achieved real-time segmentation of road black ice areas by deploying a road black ice area segmentation network on the edge device Jetson Nano devices. This approach in parallel using multi-scale dilated convolutions with different dilation rates had faster segmentation speeds due to its smaller model parameters. The proposed MsCD-FF Net(2) model had the fastest segmentation speed at 5.53 frame per second (FPS). Thereby encouraging safe driving for motorists and providing decision support for road surface management in the road traffic monitoring department.
최근 몇 년간 딥러닝(deep learning)은 음성 인식, 영상 인식, 물체 검출을 비롯한 다양한 패턴인식 분야에서 혁신적인 성능 발전을 거듭해왔다. 그에 비해 네트워크가 어떻게 작동하는지에 대한 깊은 이해는 잘 이루어지지 않고 있다. 본 논문은 효과적인 신경망 네트워크를 구성하기 위해 네트워크 파라미터들이 신경망 내부에서 어떻게 작동하고, 어떤 역할을 하고 있는지 분석하였다. Faster R-CNN 네트워크를 기반으로 하여 신경망의 과적합(overfitting)을 막는 드랍아웃(dropout) 확률과 앵커 박스 크기, 그리고 활성 함수를 변화시켜 학습한 후 그 결과를 분석하였다. 또한 드랍아웃과 배치 정규화(batch normalization) 방식을 비교해보았다. 드랍아웃 확률은 0.3일 때 가장 좋은 성능을 보였으며 앵커 박스의 크기는 최종 물체 검출 성능과 큰 관련이 없다는 것을 알 수 있었다. 드랍아웃과 배치 정규화 방식은 서로를 완전히 대체할 수는 없는 것을 확인할 수 있었다. 활성화 함수는 음수 도메인의 기울기가 0.02인 leaky ReLU가 비교적 좋은 성능을 보였다.
전 세계적으로 커피시장이 커짐에 따라서 커피에 대한 사람들의 관심도 또한 커지고 있는 추세이다. 이러한 추세 속에서 사람들의 입맛이 더욱 고급스러워지고 커피의 맛을 결정하는 커피 원두가 중요시 되고 있다. 하지만 현재는 불량원두를 사람이 직접 보고 검출을 하고 있는데, 이는 커피 원두에 대한 전문적 지식이 있는 사람만이 할 수가 있는 작업이다. 따라서 본 논문에서는 기계학습을 이용한 불량원두 검출 시스템을 제안한다. 이 시스템에서는 불량 원두의 종류 중 큰 비율을 차지하는 원두의 모양과 Insect Damage에 대한 불량 검출에 중점을 두었다. 기계학습의 방법으로 Convolutional Neural Network를 사용하였고, 원두의 모양을 검출할 신경망과 Insect Damage를 검출할 신경망 두 개로 구성되어 있다. Insect Damage에 대한 불량을 검출할 때에는 카메라의 노출시간을 길게 하여 원두의 어두운 구멍을 더 돋보이게 하여 데이터를 만들어 신경망을 구축하였다. 이 시스템의 개발로 인하여 사람이 직접 불량 원두를 검출하는 작업을 자동화 시스템으로 전환할 수 있는 시발점이 될 수 있을 것이고, 현재는 원두의 모양과 Insect Damage의 유무만을 중점으로 검출을 하고 있기 때문에, 추후에 다른 여러 가지의 불량에 대해 검출할 수 있는 연구가 필요하다.
본 논문은 탐색 알고리즘 없이 자동으로 모델의 합성곱 필터의 개수를 최적으로 결정할 방법에 대해 연구하고자 한다. 본 논문은 SENet에서 제안한 SE Block을 합성곱 신경망에 연결하고 하단의 학습하지 않는 합성곱 신경망을 연결한 HSE Block을 제안한다. HSE Block 모델에 두 개의 데이터셋을 이용하여 필터의 개수를 3 epoch 당 1개씩 증가시키는 실험과 필터 내의값에 따라 필터의 개수를 증가시키는 실험을 수행하였다. 이 실험을 바탕으로 한 층의 HSE Block이 아닌 다층의 HSE Block으로 모델을 구성하고, 기존의 실험할 때 사용한 데이터셋에 비해 더욱 학습하기 어려운 데이터셋을 사용하여 실험을 진행하였다. 기존보다 학습하기 어려운 데이터셋에 대해 HSE Block의 개수를 2개, 3개, 4개, 5개로 두고 실험을 수행함으로써 HSE Block의 효과를 검증하였다.
Various monitoring systems have been implemented in civil infrastructure to ensure structural safety and integrity. In long-term monitoring, these systems generate a large amount of data, where anomalies are not unusual and can pose unique challenges for structural health monitoring applications, such as system identification and damage detection. Therefore, developing efficient techniques is quite essential to recognize the anomalies in monitoring data. In this study, several machine learning techniques are explored and implemented to detect and classify various types of data anomalies. A field dataset, which consists of one month long acceleration data obtained from a long-span cable-stayed bridge in China, is employed to examine the machine learning techniques for automated data anomaly detection. These techniques include the statistic-based pattern recognition network, spectrogram-based convolutional neural network, image-based time history convolutional neural network, image-based time-frequency hybrid convolution neural network (GoogLeNet), and proposed ensemble neural network model. The ensemble model deliberately combines different machine learning models to enhance anomaly classification performance. The results show that all these techniques can successfully detect and classify six types of data anomalies (i.e., missing, minor, outlier, square, trend, drift). Moreover, both image-based time history convolutional neural network and GoogLeNet are further investigated for the capability of autonomous online anomaly classification and found to effectively classify anomalies with decent performance. As seen in comparison with accuracy, the proposed ensemble neural network model outperforms the other three machine learning techniques. This study also evaluates the proposed ensemble neural network model to a blind test dataset. As found in the results, this ensemble model is effective for data anomaly detection and applicable for the signal characteristics changing over time.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제23권8호
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pp.113-120
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2023
One of the most prevalent disease among women that leads to death is breast cancer. It can be diagnosed by classifying tumors. There are two different types of tumors i.e: malignant and benign tumors. Physicians need a reliable diagnosis procedure to distinguish between these tumors. However, generally it is very difficult to distinguish tumors even by the experts. Thus, automation of diagnostic system is needed for diagnosing tumors. This paper attempts to improve the accuracy of breast cancer detection by utilizing deep learning convolutional neural network (CNN). Experiments are conducted using Wisconsin Diagnostic Breast Cancer (WDBC) dataset. Compared to existing techniques, the used of CNN shows a better result and achieves 99.66%% in term of accuracy.
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