Aprendizado de métricas para filtragem não local e classificação de imagens tomográficas de sementes agrícolas

dc.contributor.advisor1Levada, Alexandre Luís Magalhães
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3341441596395463
dc.contributor.authorBrito, André Ribeiro de
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8676076486184629
dc.contributor.refereeLevada, Alexandre Luis Magalhães
dc.contributor.refereeCruvinel, Paulo Estevão
dc.contributor.refereeComin, Cesar Henrique
dc.contributor.refereeTraina, Agma Juci Machado
dc.contributor.refereeSaqui, Diego
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3341441596395463
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7924553462118511
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9563440403120931
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5136155977351408
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4408364907687419
dc.date.accessioned2026-02-27T17:57:54Z
dc.date.issued2026-01-15
dc.description.abstractImage denoising is a recurrent problem across a wide range of applications, from preprocessing in computer vision to computer-aided diagnosis. This work proposes and evaluates an enhanced Non-Local Means (NLM)–based filtering approach, termed Dual Non-Local Means (Dual NLM), which incorporates information-theoretic divergence measures to quantify similarities between image regions. We investigated the Kullback–Leibler, Bhattacharyya, Hellinger, and Cauchy–Schwarz divergences with the objective of preserving edges and fine details while more effectively reducing Gaussian noise. Experiments were conducted on 18 tomographic images from different agricultural crops (sunflower, chickpea, wheat, seed mix, jatropha, and soybean), corrupted with additive Gaussian noise of variance 𝜎𝑛 = 10. Quantitative evaluation using the Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) demonstrated that the Dual NLM variants based on Cauchy–Schwarz and Kullback–Leibler divergences outperform, on average, the standard NLM and classical filters (Wiener, Anisotropic Diffusion, and Total Variation). In a subsequent stage, we investigated the usefulness of the restored images for pattern analysis. Local descriptors (patches) were extracted, and two dimensionality-reduction strategies were compared: SEI-ISOMAP (with stochastic diffusion distances) and PCA. The resulting embeddings were evaluated using trustworthiness, Pearson correlation between pairwise distances, and silhouette index, and subsequently used as input to supervised classifiers (KNN, SVM with RBF kernel, and Random Forest), whose performance was assessed in terms of accuracy and macro-𝐹1 under stratified cross-validation. The results indicate that SEI-ISOMAP provides better structural preservation and class separability than PCA, and that the combination Dual NLM + SEI-ISOMAP + Random Forest achieves the best average classification performance. Overall, the findings highlight the potential of combining information-theoretic similarity measures with diffusion-based dimensionality reduction for restoration and discriminative analysis of tomographic images corrupted by Gaussian noise.eng
dc.description.resumoA remoção de ruído em imagens constitui um problema recorrente em diversas aplicações, desde o pré-processamento em visão computacional até o diagnóstico assistido por imagem. Este trabalho propõe e avalia uma abordagem aprimorada de filtragem baseada em Non-Local Means (NLM), denominada Dual Non-Local Means (Dual NLM), que incorpora medidas de divergência da teoria da informação para quantificar similaridades entre regiões da imagem. Foram investigadas as divergências de Kullback-Leibler, Bhattacharyya, Hellinger e Cauchy-Schwarz, com o objetivo de preservar bordas e detalhes, afim reduzir de forma mais eficaz o ruído Gaussiano. Os experimentos foram conduzidos em 18 imagens tomográficas de sementes agrícolas, referentes as culturas agrícolas (girassol, grão-de-bico, trigo, mix de sementes, pinhão-manso e soja), com ruído Gaussiano aditivo de variância 𝜎𝑛 = 10. A avaliação quantitativa por Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) mostrou que as variantes do Dual NLM baseadas em Cauchy-Schwarz e Kullback-Leibler superam, em média, o NLM tradicional e filtros clássicos (Wiener, Difusão Anisotrópica e Total Variation). Na etapa subsequente, investigamos a utilidade das imagens restauradas para análise de padrões: extraímos descritores locais (patches) e comparamos duas estratégias de redução de dimensionalidade, SEI-ISOMAP (com distâncias estocásticas de difusão) e PCA. Os embeddings foram avaliados por trustworthiness, correlação de Pearson entre distâncias, e índice de silhueta, e utilizados como entrada para classificadores supervisionados (KNN, SVM-RBF e Random Forest), medidos por acurácia e 𝐹1-score via validação cruzada estratificada. Os resultados indicam que o SEI-ISOMAP oferece melhor preservação estrutural e separabilidade que o PCA, e que a combinação Dual NLM + SEI-ISOMAP + Random Forest alcança o melhor desempenho médio de classificação. Em conjunto, as evidências reforçam o potencial de medidas informacionais aliadas à redução de dimensionalidade baseada em difusão para restauração e análise discriminativa de imagens tomográficas sob ruído Gaussiano.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationBRITO, André Ribeiro de. Aprendizado de métricas para filtragem não local e classificação de imagens tomográficas de sementes agrícolas. 2026. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23700.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23700
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectFiltragem
dc.subjectDual Non-Local Meanseng
dc.subjectTeoria da Informação
dc.subjectClassificador
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.subject.ods4. Educação de Qualidade
dc.titleAprendizado de métricas para filtragem não local e classificação de imagens tomográficas de sementes agrícolas
dc.title.alternativeLearning metrics for non-local filtering and classification of tomographic images of agricultural seedseng
dc.typeTese

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