Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad

Manual identification, classification, and segmentation of micrographs is a complex and time-consuming task, even for experts in materials science. With the advancement of computers as well as the emergence of increasingly accurate and robust machine learning algorithms, there has been a growing int...

Full description

Autores:
Martínez Martínez, Camilo Andrés
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/51616
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/51616
Palabra clave:
Acero al carbono
Aprendizaje automático (Inteligencia artificial)
Micrografía
Ciencia de los materiales
Ingeniería
Rights
openAccess
License
https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdf
id UNIANDES2_1101b53d664129d211bd30b7015f2f7a
oai_identifier_str oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/51616
network_acronym_str UNIANDES2
network_name_str Séneca: repositorio Uniandes
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
title Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
spellingShingle Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
Acero al carbono
Aprendizaje automático (Inteligencia artificial)
Micrografía
Ciencia de los materiales
Ingeniería
title_short Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
title_full Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
title_fullStr Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
title_full_unstemmed Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
title_sort Aplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedad
dc.creator.fl_str_mv Martínez Martínez, Camilo Andrés
dc.contributor.advisor.none.fl_str_mv Escobar Gutiérrez, Jairo Arturo
dc.contributor.author.none.fl_str_mv Martínez Martínez, Camilo Andrés
dc.contributor.jury.none.fl_str_mv Marín Castillo, Rodrigo Alberto
dc.subject.armarc.spa.fl_str_mv Acero al carbono
Aprendizaje automático (Inteligencia artificial)
Micrografía
Ciencia de los materiales
topic Acero al carbono
Aprendizaje automático (Inteligencia artificial)
Micrografía
Ciencia de los materiales
Ingeniería
dc.subject.themes.none.fl_str_mv Ingeniería
description Manual identification, classification, and segmentation of micrographs is a complex and time-consuming task, even for experts in materials science. With the advancement of computers as well as the emergence of increasingly accurate and robust machine learning algorithms, there has been a growing interest from the scientific community in introducing these new approaches to a science known to be highly empirical. In this context and in order to contribute to this topic, a supervised machine learning model was implemented in this study for the segmentation of pearlite and ferrite in hypoeutectoid steels. For its training, the texture of the regions of interest was used as the distinguishing feature between them. The trained algorithm was then applied to the validation and test data set, evaluating both its classification and segmentation performance, with statistical metrics commonly used in segmentation, such as the confusion matrix, F1-score and Jaccard index. In this way, a supervised machine learning model was obtained, capable of segmenting hypoeutectoid steels and calculating the volume fraction of the proeutectoid ferrite and pearlite. Later, in a post-processing step of the micrographs and using the segmentation produced by the model, it was possible to estimate the mean apparent interlaminar spacing of the pearlite, which together with the volume fractions of the phases present allowed to predict the mechanical properties of the material associated with the micrograph. These predictions were compared with values reported by the ASM for some micrographs and it was found that, in general, they were very consistent. The final performance of the model was 75.7% in Micro Averaged Jaccard Index; and 85.3% in accuracy. These values are comparable with those reported by segmentation models reviewed in the literature.
publishDate 2021
dc.date.accessioned.none.fl_str_mv 2021-08-10T18:34:23Z
dc.date.available.none.fl_str_mv 2021-08-10T18:34:23Z
dc.date.issued.none.fl_str_mv 2021
dc.type.spa.fl_str_mv Trabajo de grado - Pregrado
dc.type.coarversion.fl_str_mv http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.driver.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.coar.spa.fl_str_mv http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.content.spa.fl_str_mv Text
dc.type.redcol.spa.fl_str_mv http://purl.org/redcol/resource_type/TP
format http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/1992/51616
dc.identifier.pdf.none.fl_str_mv 23831.pdf
dc.identifier.instname.spa.fl_str_mv instname:Universidad de los Andes
dc.identifier.reponame.spa.fl_str_mv reponame:Repositorio Institucional Séneca
dc.identifier.repourl.spa.fl_str_mv repourl:https://repositorio.uniandes.edu.co/
url http://hdl.handle.net/1992/51616
identifier_str_mv 23831.pdf
instname:Universidad de los Andes
reponame:Repositorio Institucional Séneca
repourl:https://repositorio.uniandes.edu.co/
dc.language.iso.none.fl_str_mv spa
language spa
dc.rights.uri.*.fl_str_mv https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdf
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar.spa.fl_str_mv http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
rights_invalid_str_mv https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdf
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.extent.none.fl_str_mv 115 hojas
dc.format.mimetype.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidad de los Andes
dc.publisher.program.none.fl_str_mv Ingeniería Mecánica
dc.publisher.faculty.none.fl_str_mv Facultad de Ingeniería
dc.publisher.department.none.fl_str_mv Departamento de Ingeniería Mecánica
publisher.none.fl_str_mv Universidad de los Andes
institution Universidad de los Andes
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/246e152d-8602-4594-bb1d-9b5dfae12973/download
https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/74d2b573-8704-484c-891e-8efd693f8d0c/download
https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/d18cb27e-10e3-4ae5-bedb-ba84213e67ec/download
bitstream.checksum.fl_str_mv 5f858e5c6890d2ef8e342f13605b8ba4
11cfc847d77531c9da6659b46ed11f31
bc85515d16af90500157385a440f7a16
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio institucional Séneca
repository.mail.fl_str_mv adminrepositorio@uniandes.edu.co
_version_ 1818111813481398272
spelling Al consultar y hacer uso de este recurso, está aceptando las condiciones de uso establecidas por los autores.https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdfinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Escobar Gutiérrez, Jairo Arturovirtual::7142-1Martínez Martínez, Camilo Andrésf0ee23d8-da14-4110-bc65-e9c70b2392d1500Marín Castillo, Rodrigo Alberto2021-08-10T18:34:23Z2021-08-10T18:34:23Z2021http://hdl.handle.net/1992/5161623831.pdfinstname:Universidad de los Andesreponame:Repositorio Institucional Sénecarepourl:https://repositorio.uniandes.edu.co/Manual identification, classification, and segmentation of micrographs is a complex and time-consuming task, even for experts in materials science. With the advancement of computers as well as the emergence of increasingly accurate and robust machine learning algorithms, there has been a growing interest from the scientific community in introducing these new approaches to a science known to be highly empirical. In this context and in order to contribute to this topic, a supervised machine learning model was implemented in this study for the segmentation of pearlite and ferrite in hypoeutectoid steels. For its training, the texture of the regions of interest was used as the distinguishing feature between them. The trained algorithm was then applied to the validation and test data set, evaluating both its classification and segmentation performance, with statistical metrics commonly used in segmentation, such as the confusion matrix, F1-score and Jaccard index. In this way, a supervised machine learning model was obtained, capable of segmenting hypoeutectoid steels and calculating the volume fraction of the proeutectoid ferrite and pearlite. Later, in a post-processing step of the micrographs and using the segmentation produced by the model, it was possible to estimate the mean apparent interlaminar spacing of the pearlite, which together with the volume fractions of the phases present allowed to predict the mechanical properties of the material associated with the micrograph. These predictions were compared with values reported by the ASM for some micrographs and it was found that, in general, they were very consistent. The final performance of the model was 75.7% in Micro Averaged Jaccard Index; and 85.3% in accuracy. These values are comparable with those reported by segmentation models reviewed in the literature.La identificación, clasificación y segmentación manual de micrografías es una tarea compleja y requiere de mucho tiempo, incluso para los expertos de la ciencia de los materiales. Con el avance de las computadoras al igual que el surgimiento de algoritmos de machine learning cada vez más precisos y robustos, ha habido un creciente interés por parte de la comunidad científica en introducir estos nuevos enfoques sobre una ciencia conocida por ser altamente empírica. Bajo este contexto y con el fin de contribuir a la profundización de este tema, un modelo supervisado de aprendizaje automático fue implementado en este estudio para la segmentación de perlita y ferrita en aceros hipoeutectoides. Para su entrenamiento, se utilizó la textura de las regiones de interés como la característica distintiva entre ellas. Luego, el algoritmo entrenado es aplicado al conjunto de datos de validación y prueba, evaluando tanto su capacidad de clasificación como de segmentación, con métricas estadísticas utilizadas comúnmente en segmentación, como la matriz de confusión, F1-score e índice de Jaccard. De esta forma, se obtuvo un modelo supervisado de machine learning capaz de segmentar aceros hipoeutectoides y calcular la fracción de volumen de la ferrita proeutectoide y perlita. Después, en un post-procesamiento de las micrografías y utilizando la segmentación producida por el modelo, fue posible estimar el espaciado interlaminar aparente medio de la perlita, el cual junto con las fracciones de volumen de las fases presentes permitió además predecir las propiedades mecánicas del material asociado a la micrografía. Estas predicciones fueron comparadas con valores reportados por la ASM para algunas micrografías y se encontró que, en general, estaban muy acordes. El desempeño final del modelo fue de 75.7% bajo el índice de Jaccard Micro Promediado; y 85.3% bajo exactitud. Estos valores son comparables con aquellos reportados por modelos de segmentación revisados en la literatura.Ingeniero MecánicoPregrado115 hojasapplication/pdfspaUniversidad de los AndesIngeniería MecánicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería MecánicaAplicación de la visión por computadora en el análisis de microestructuras y la obtención de relaciones estructura - propiedadTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPAcero al carbonoAprendizaje automático (Inteligencia artificial)MicrografíaCiencia de los materialesIngeniería201717447Publicationhttps://scholar.google.es/citations?user=9e9DxDoAAAAJvirtual::7142-10000-0002-3377-8332virtual::7142-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000215945virtual::7142-1ff9b3f48-d90c-4ddf-b77b-f346b7409473virtual::7142-1ff9b3f48-d90c-4ddf-b77b-f346b7409473virtual::7142-1THUMBNAIL23831.pdf.jpg23831.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9855https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/246e152d-8602-4594-bb1d-9b5dfae12973/download5f858e5c6890d2ef8e342f13605b8ba4MD55TEXT23831.pdf.txt23831.pdf.txtExtracted texttext/plain231666https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/74d2b573-8704-484c-891e-8efd693f8d0c/download11cfc847d77531c9da6659b46ed11f31MD54ORIGINAL23831.pdfapplication/pdf11348111https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/d18cb27e-10e3-4ae5-bedb-ba84213e67ec/downloadbc85515d16af90500157385a440f7a16MD511992/51616oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/516162024-03-13 13:21:36.394https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdfopen.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co