Clasificación automática de estados de madurez de frutas utilizando imágenes hiperespectrales y redes neuronales convolucionales profundas

En este documento se lleva a cabo un sistema de visión por computador para la clasificación de estados de madurez de frutas utilizando imágenes hiperespectrales (HSI) y redes neuronales convolucionales (CNN). Para dicha tarea se evalúan tres frutas: aguacate, kiwi y papaya. Las HSI fueron captadas e...

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Autores:
Jiménez Mejía, Yeison Stiven
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
https://repositorio.utp.edu.co/home
https://hdl.handle.net/11059/14931
Palabra clave:
000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::006 - Métodos especiales de computación
Algoritmos de aprendizaje profundo
Procesamiento de imágenes hiperespectrales
Reconocimiento de patrones
Aprendizaje profundo
Estados de madurez
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spelling Holguín Londoño, Germán AndrésJiménez Mejía, Yeison Stiven2024-02-05T19:47:08Z2024-02-05T19:47:08Z2023En este documento se lleva a cabo un sistema de visión por computador para la clasificación de estados de madurez de frutas utilizando imágenes hiperespectrales (HSI) y redes neuronales convolucionales (CNN). Para dicha tarea se evalúan tres frutas: aguacate, kiwi y papaya. Las HSI fueron captadas en los rangos visible e infrarrojo cercano del espectro electromagnético. Los estados de madurez se clasifican en tres clases: inmaduro, maduro y sobremaduro. Además, para la clasificación se utilizan dos arquitecturas de CNN populares, AlexNet y ResNet50, y se propone una CNN para dicha tarea. La CNN propuesta muestra resultados prometedores y compite fuertemente con las otras dos CNN. Con esto se logra determinar que el sistema es adecuado para ser aplicado a tareas agroindustriales.This document presents a computer vision system for classifying fruit ripeness states using hyperspectral images (HSI) and Convolutional Neural Networks (CNN). Three fruits— avocado, kiwi, and papaya—are evaluated for this task. The HSI images were captured in the visible and near-infrared ranges of the electromagnetic spectrum. Ripeness states are classified into three classes: immature, ripe, and overripe. Additionally, two popular CNN architectures, AlexNet and ResNet50, are employed for classification, alongside a proposed CNN for this task. The proposed CNN demonstrates promising results and competes strongly with the other two CNN architectures. This determines that the system is suitable for application in agro-industrial tasks.PregradoIngeniero(a) ElectricistaCONTENIDO pág. 1. INTRODUCCIÓN 11 1.1. DEFINICIÓNDELPROBLEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2. JUSTIFICACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3. OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.1. ObjetivoGeneral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.2. ObjetivosEspecíficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2. ESTADODELARTE 17 3.MARCOTEÓRICO 21 3.1. MADURACIÓNDELAFRUTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1. Frutosclimatéricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.2. Frutosnoclimatéricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2. IMÁGENESHIPERESPECTRALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3. VISIÓNPORCOMPUTADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3.1. Aprendizajesupervisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.3.2. Aprendizajenosupervisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4. APRENDIZAJEPROFUNDO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4.1. Redesneuronalesconvolucionales(CNN) . . . . . . . . . . . . . 30 3.4.2. ArquitecturasdeCNN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4. SISTEMADECLASIFICACIÓN 33 4.1. DATASET. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.2. FRAMEWORK(PyTorch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.3. ARQUITECTURASDECNN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.3.1. AlexNet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.3.2. ResNet50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.3.3. Modelopropuesto(HSI-ConvNet) . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5. EVALUACIÓNDELSISTEMA 45 5.1. EXACTITUD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.2. PÉRDIDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.3. MATRIZDECONFUSIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6. EXPERIMENTOSYRESULTADOS 49 6.1. EXPERIMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.2. RESULTADOS(HSI-ConvNet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.2.1. Aguacate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.2.2. Kiwi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.2.3. Papaya. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7. CONCLUSIONESYRECOMENDACIONES 55 7.1. CONCLUSIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7.2. RECOMENDACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 BIBLIOGRAFÍA 5768 Páginasapplication/pdfUniversidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homehttps://hdl.handle.net/11059/14931spaUniversidad Tecnológica de PereiraFacultad de IngenieríasPereiraIngeniería Eléctrica[1] MUNIRATHINAM, Sathyan. Industry 4.0: Industrial internet of things (IIOT). En: Advances in computers, tomo 117. 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Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::006 - Métodos especiales de computaciónAlgoritmos de aprendizaje profundoProcesamiento de imágenes hiperespectralesReconocimiento de patronesAprendizaje profundoEstados de madurezInteligencia artificialClasificación automática de estados de madurez de frutas utilizando imágenes hiperespectrales y redes neuronales convolucionales profundasTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionORIGINALTRABAJO DE GRADO.pdfTRABAJO DE GRADO.pdfapplication/pdf1167437https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/c8f9312b-cdae-4883-9751-6ae197583135/downloadfca2bd5554b1dea3f84070255774096aMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/7390190d-b55a-4cfa-a409-037121269079/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD52TEXTTRABAJO DE GRADO.pdf.txtTRABAJO DE GRADO.pdf.txtExtracted texttext/plain78142https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/49d674b2-923c-48e9-af85-9eb41f51e516/download081d9c0defde04c7b7d7fd5da5a3c789MD53THUMBNAILTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg7544https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/dd0f68ff-4057-4a5c-861e-9a726fa86883/download5ea36557a21fcd9930da935702bcddbbMD5411059/14931oai:repositorio.utp.edu.co:11059/149312024-02-06 03:00:53.807https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio 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