In this study, using deep learning, super-resolution images of transmission electron microscope (TEM) images were generated for nanomaterial analysis. 1169 paired images with 256 × 256 pixels (high resolution: HR) from TEM measurements and 32 × 32 pixels (low resolution: LR) produced using the python module openCV were trained with deep learning models. The TEM images were related to DyVO4 nanomaterials synthesized by hydrothermal methods. Mean-absolute-error (MAE), peak-signal-to-noise-ratio (PSNR), and structural similarity (SSIM) were used as metrics to evaluate the performance of the models. First, a super-resolution image (SR) was obtained using the traditional interpolation method used in computer vision. In the SR image at low magnification, the shape of the nanomaterial improved. However, the SR images at medium and high magnification failed to show the characteristics of the lattice of the nanomaterials. Second, to obtain a SR image, the deep learning model includes a residual network which reduces the loss of spatial information in the convolutional process of obtaining a feature map. In the process of optimizing the deep learning model, it was confirmed that the performance of the model improved as the number of data increased. In addition, by optimizing the deep learning model using the loss function, including MAE and SSIM at the same time, improved results of the nanomaterial lattice in SR images were achieved at medium and high magnifications. The final proposed deep learning model used four residual blocks to obtain the characteristic map of the low-resolution image, and the super-resolution image was completed using Upsampling2D and the residual block three times.
Objective : Deep learning is a machine learning approach based on artificial neural network training, and object detection algorithm using deep learning is used as the most powerful tool in image analysis. We analyzed and evaluated the diagnostic performance of a deep learning algorithm to identify skull fractures in plain radiographic images and investigated its clinical applicability. Methods : A total of 2026 plain radiographic images of the skull (fracture, 991; normal, 1035) were obtained from 741 patients. The RetinaNet architecture was used as a deep learning model. Precision, recall, and average precision were measured to evaluate the deep learning algorithm's diagnostic performance. Results : In ResNet-152, the average precision for intersection over union (IOU) 0.1, 0.3, and 0.5, were 0.7240, 0.6698, and 0.3687, respectively. When the intersection over union (IOU) and confidence threshold were 0.1, the precision was 0.7292, and the recall was 0.7650. When the IOU threshold was 0.1, and the confidence threshold was 0.6, the true and false rates were 82.9% and 17.1%, respectively. There were significant differences in the true/false and false-positive/false-negative ratios between the anterior-posterior, towne, and both lateral views (p=0.032 and p=0.003). Objects detected in false positives had vascular grooves and suture lines. In false negatives, the detection performance of the diastatic fractures, fractures crossing the suture line, and fractures around the vascular grooves and orbit was poor. Conclusion : The object detection algorithm applied with deep learning is expected to be a valuable tool in diagnosing skull fractures.
Objective: To evaluate the accuracy of a deep learning-based automated segmentation of the left ventricle (LV) myocardium using cardiac CT. Materials and Methods: To develop a fully automated algorithm, 100 subjects with coronary artery disease were randomly selected as a development set (50 training / 20 validation / 30 internal test). An experienced cardiac radiologist generated the manual segmentation of the development set. The trained model was evaluated using 1000 validation set generated by an experienced technician. Visual assessment was performed to compare the manual and automatic segmentations. In a quantitative analysis, sensitivity and specificity were calculated according to the number of pixels where two three-dimensional masks of the manual and deep learning segmentations overlapped. Similarity indices, such as the Dice similarity coefficient (DSC), were used to evaluate the margin of each segmented masks. Results: The sensitivity and specificity of automated segmentation for each segment (1-16 segments) were high (85.5-100.0%). The DSC was 88.3 ± 6.2%. Among randomly selected 100 cases, all manual segmentation and deep learning masks for visual analysis were classified as very accurate to mostly accurate and there were no inaccurate cases (manual vs. deep learning: very accurate, 31 vs. 53; accurate, 64 vs. 39; mostly accurate, 15 vs. 8). The number of very accurate cases for deep learning masks was greater than that for manually segmented masks. Conclusion: We present deep learning-based automatic segmentation of the LV myocardium and the results are comparable to manual segmentation data with high sensitivity, specificity, and high similarity scores.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.3
no.6
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pp.366-371
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2014
This paper reports a machine learning approach for image object detection. Object detection and localization in a wild image, such as a STL-10 image dataset, is very difficult to implement using the traditional computer vision method. A convolutional neural network is a good approach for such wild image object detection. This paper presents an object detection application using a convolutional neural network with pretrained feature vector. This is a very simple and well organized hierarchical object abstraction model.
Kim, Yeseul;Kwak, Geun-Ho;Lee, Kyung-Do;Na, Sang-Il;Park, Chan-Won;Park, No-Wook
Korean Journal of Remote Sensing
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v.34
no.5
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pp.811-827
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2018
The purpose of this study is to compare machine learning algorithm and deep learning algorithm in crop classification using multi-temporal remote sensing data. For this, impacts of machine learning and deep learning algorithms on (a) hyper-parameter and (2) training sample size were compared and analyzed for Haenam-gun, Korea and Illinois State, USA. In the comparison experiment, support vector machine (SVM) was applied as machine learning algorithm and convolutional neural network (CNN) was applied as deep learning algorithm. In particular, 2D-CNN considering 2-dimensional spatial information and 3D-CNN with extended time dimension from 2D-CNN were applied as CNN. As a result of the experiment, it was found that the hyper-parameter values of CNN, considering various hyper-parameter, defined in the two study areas were similar compared with SVM. Based on this result, although it takes much time to optimize the model in CNN, it is considered that it is possible to apply transfer learning that can extend optimized CNN model to other regions. Then, in the experiment results with various training sample size, the impact of that on CNN was larger than SVM. In particular, this impact was exaggerated in Illinois State with heterogeneous spatial patterns. In addition, the lowest classification performance of 3D-CNN was presented in Illinois State, which is considered to be due to over-fitting as complexity of the model. That is, the classification performance was relatively degraded due to heterogeneous patterns and noise effect of input data, although the training accuracy of 3D-CNN model was high. This result simply that a proper classification algorithms should be selected considering spatial characteristics of study areas. Also, a large amount of training samples is necessary to guarantee higher classification performance in CNN, particularly in 3D-CNN.
Research in dam inflow prediction has actively explored the utilization of data-driven machine learning and deep learning (ML&DL) tools across diverse domains. Enhancing not just the inherent model performance but also accounting for model characteristics and preprocessing data are crucial elements for precise dam inflow prediction. Particularly, existing rainfall data, derived from snowfall amounts through heating facilities, introduces distortions in the correlation between snow accumulation and rainfall, especially in dam basins influenced by snow accumulation, such as Soyang Dam. This study focuses on the preprocessing of rainfall data essential for the application of ML&DL models in predicting dam inflow in basins affected by snow accumulation. This is vital to address phenomena like reduced outflow during winter due to low snowfall and increased outflow during spring despite minimal or no rain, both of which are physical occurrences. Three machine learning models (SVM, RF, LGBM) and two deep learning models (LSTM, TCN) were built by combining rainfall and inflow series. With optimal hyperparameter tuning, the appropriate model was selected, resulting in a high level of predictive performance with NSE ranging from 0.842 to 0.894. Moreover, to generate rainfall correction data considering snow accumulation, a simulated snow accumulation algorithm was developed. Applying this correction to machine learning and deep learning models yielded NSE values ranging from 0.841 to 0.896, indicating a similarly high level of predictive performance compared to the pre-snow accumulation application. Notably, during the snow accumulation period, adjusting rainfall during the training phase was observed to lead to a more accurate simulation of observed inflow when predicted. This underscores the importance of thoughtful data preprocessing, taking into account physical factors such as snowfall and snowmelt, in constructing data models.
Eunchan Kim;YongHyun Lee;Jiwoong Choi;Byungjoon Yoo;Kum Ju Chae;Chang Hyun Lee
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.2
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pp.576-590
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2023
Machine learning is widely used in various academic fields, and recently it has been actively applied in the medical research. In the medical field, machine learning is used in a variety of ways, such as speeding up diagnosis, discovering new biomarkers, or discovering latent traits of a disease. In the respiratory field, a relative regional air volume change (RRAVC) map based on quantitative inspiratory and expiratory computed tomography (CT) imaging can be used as a useful functional imaging biomarker for characterizing regional ventilation. In this study, we seek to predict RRAVC using various regular machine learning models such as extreme gradient boosting (XGBoost), light gradient boosting machine (LightGBM), and multi-layer perceptron (MLP). We experimentally show that MLP performs best, followed by XGBoost. We also propose several relative coordinate systems to minimize intersubjective variability. We confirm a significant experimental performance improvement when we apply a subject's relative proportion coordinates over conventional absolute coordinates.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.13
no.3
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pp.571-578
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2018
Recently, deep learning techniques have shown superior performance in various kinds of pattern recognition. However, there have been some arguments whether the DNN performs better than the conventional machine learning techniques when classification experiments are done using a small amount of training data. In this study, we compared the performance of the conventional GMM and SVM with DNN, a kind of deep learning techniques, in audio event detection. When tested on the same data, DNN has shown superior overall performance but SVM was better than DNN in segment-based F-score.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.8
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pp.9-16
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2023
Speech can actively elicit feelings and attitudes by using words. It is important for researchers to identify the emotional content contained in speech signals as well as the sort of emotion that resulted from the speech that was made. In this study, we studied the emotion recognition system using a database in Arabic, especially in the Saudi dialect, the database is from a YouTube channel called Telfaz11, The four emotions that were examined were anger, happiness, sadness, and neutral. In our experiments, we extracted features from audio signals, such as Mel Frequency Cepstral Coefficient (MFCC) and Zero-Crossing Rate (ZCR), then we classified emotions using many classification algorithms such as machine learning algorithms (Support Vector Machine (SVM) and K-Nearest Neighbor (KNN)) and deep learning algorithms such as (Convolution Neural Network (CNN) and Long Short-Term Memory (LSTM)). Our Experiments showed that the MFCC feature extraction method and CNN model obtained the best accuracy result with 95%, proving the effectiveness of this classification system in recognizing Arabic spoken emotions.
Recently, many engineering computations have realized their digital transformation to Machine Learning (ML)-based systems. Predicting the behavior of a structure, which is mainly computed with structural analysis software, is an essential step before construction for efficient structural analysis. Especially in the seismic-based design procedure of the structures, predicting the lateral load capacity of reinforced concrete (RC) columns is a vital factor. In this study, a novel ML-based model is proposed to predict the maximum lateral load capacity of RC columns under varying axial loads or cyclic loadings. The proposed model is generated with a Deep Neural Network (DNN) and compared with traditional ML techniques as well as a popular commercial structural analysis software. In the design and test phases of the proposed model, 319 columns with rectangular and square cross-sections are incorporated. In this study, 33 parameters are used to predict the maximum lateral load capacity of each RC column. While some traditional ML techniques perform better prediction than the compared commercial software, the proposed DNN model provides the best prediction results within the analysis. The experimental results reveal the fact that the performance of the proposed DNN model can definitely be used for other engineering purposes as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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