Evaluación del estado de envases plásticos primarios mediante redes neuronales convolucionales (CNN)

La inteligencia artificial ha permitido la automatización de procesos anteriormente inviables gracias a su flexibilidad en la toma de decisiones y reconocimiento blando de patrones, por lo que tareas de reconocimiento y clasificación ahora son viables de realizar por equipos de cómputo. En la presen...

Full description

Autores:
Franco Gómez , Sebastián
Ospina Osorio , Jhonatan
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/14143
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/14143
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::004 - Procesamiento de datos Ciencia de los computadores
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Big Data applications
Bio-inspired computing
Clasificación Binaria
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Dataset
Redes neuronales convolucionales
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description La inteligencia artificial ha permitido la automatización de procesos anteriormente inviables gracias a su flexibilidad en la toma de decisiones y reconocimiento blando de patrones, por lo que tareas de reconocimiento y clasificación ahora son viables de realizar por equipos de cómputo. En la presente se propone el uso de Redes Neuronales Convolucionales para la clasificación de envases plásticos primarios. Se crea un conjunto de datos de entrenamiento en su totalidad y se modela la arquitectura general del sistema, se configuran parámetros e hiper parámetros y se entrena la red durante 70 épocas usando técnicas de data augmentation y normalización de datos, finalmente se obtienen resultados y se determina la viabilidad del modelo mediante su precisión en datos no entrenados previamente.
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC 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://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessSolarte Matinez , Guillermo RobertoFranco Gómez , SebastiánOspina Osorio , Jhonatan2022-06-17T13:35:53Z2022-06-17T13:35:53Z2022https://hdl.handle.net/11059/14143Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLa inteligencia artificial ha permitido la automatización de procesos anteriormente inviables gracias a su flexibilidad en la toma de decisiones y reconocimiento blando de patrones, por lo que tareas de reconocimiento y clasificación ahora son viables de realizar por equipos de cómputo. En la presente se propone el uso de Redes Neuronales Convolucionales para la clasificación de envases plásticos primarios. Se crea un conjunto de datos de entrenamiento en su totalidad y se modela la arquitectura general del sistema, se configuran parámetros e hiper parámetros y se entrena la red durante 70 épocas usando técnicas de data augmentation y normalización de datos, finalmente se obtienen resultados y se determina la viabilidad del modelo mediante su precisión en datos no entrenados previamente.Artificial intelligence has allowed the automation of previously unfeasible processes thanks to its flexibility in decision making and soft pattern recognition, so that recognition and classification tasks are now feasible to be performed by computer systems. In the present work, the use of Convolutional Neural Networks for the classification of primary plastic containers is proposed. A training dataset is created in its entirety and the general architecture of the system is modeled, parameters and hyper parameters are configured and the network is trained for 70 epochs using data augmentation and data normalization techniques, finally results are obtained and the viability of the model is determined by its accuracy on previously untrained data.CONTENIDO RESUMEN 9 ABSTRACT 9 INTRODUCCIÓN 10 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 11 ESTADO DELARTE 12 OBJETIVOS 13 4.1 Objetivos general 13 4.2 Objetivos específicos 13 JUSTIFICACIÓN 14 MARCO REFERENCIAL 15 6.1 Inteligencia Artificial 15 6.2 Machine Learning 15 6.3 Deep Learning 15 6.4 Redes Neuronales Artificiales 15 6.5 Redes Neuronales Convolucionales 16 6.6 Dataset 17 6.7 Procesamiento de imágenes 17 6.8 TensorFlow 18 6.9 Keras 18 METODOLOGÍA 19 7.1 Precisar requisitos funcionales y no funcionales del evaluador 19 7.2 Delimitar los parámetros del modelo de Deep Learning a elegir 19 7.3 Determinar el conjunto de datos de entrenamiento (Dataset) del evaluador de envases 19 7.4 Recopilar los datos a entrenar en el modelo de deep learning 19 7.5 Entrenar el modelo definido mediante el dataset recopilado 19 7.6 Determinar la viabilidad del evaluador 19 DESARROLLO 20 8.1 Requisitos del evaluador 20 8.2 Delimitación de los parámetros del modelo trabajado 22 8.2.1 Capa de entrada 22 8.2.2 Capas ocultas 23 8.2.3 Capa de salida 23 8.2.4 Parámetros e Hiper Parámetros 23 8.2.4.1 Neuronas por capa 23 8.2.4.2 Tamaño del kernel 23 8.2.4.3 Funciones de activación 24 8.2.4.4 Regularizadores 24 8.2.4.5 Normalizaciones 24 8.2.4.6 Max Pooling 24 8.2.4.7 Dropout 24 8.2.5 Arquitectura general de la red 24 8.3 Delimitación del Dataset 26 8.3.1 Especificaciones del envase 26 8.3.2 Estandarización del dataset 26 8.3.3 Especificaciones de las imágenes 27 8.3.4 Especificaciones de los ejemplos verdaderos y falsos 27 8.4 Recopilación y procesamiento del dataset 29 8.4.1 Delimitación de recursos 29 8.4.2 División del dataset 30 8.4.3 Recolección del dataset 30 8.4.4 Técnica de iteración 30 8.4.5 Técnica de cambio de escenario 31 8.4.6 Cantidad total de ejemplos del dataset 32 8.4.7 Cantidad de datasets 32 8.4.8 Jerarquía del dataset 33 8.5 Entrenamiento del modelo 35 8.5.1 Manipulación de imágenes 35 8.5.2 Data Augmentation 35 8.5.3 Controles de calidad 36 8.5.4 Compilación y entrenamiento de la red 37 8.6 Evaluación del modelo 37 RESULTADOS 39 9.1 Resultados del entrenamiento 39 9.1.1 Resultados de entrenamiento de filtro frontal 39 9.1.2 Resultados de entrenamiento de filtro trasero 40 9.1.3 Resultados de entrenamiento de filtro superior 40 9.2 Resultados de pruebas 41 9.2.1 Pruebas al filtro frontal 41 9.2.2 Pruebas al filtro trasero 41 9.2.3 Pruebas al filtro superior 42 9.3 Rendimiento total del modelo 42 9.4 Pruebas individuales de la red 43 TRABAJO FUTURO 45 BIBLIOGRAFÍA 46PregradoIngeniero(a) de Sistemas y Computación47 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería de Sistemas y ComputaciónFacultad de IngenieríasPereira000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::004 - Procesamiento de datos Ciencia de los computadoresBinary treesBig Data applicationsBio-inspired computingClasificación BinariaData AugmentationDatasetRedes neuronales convolucionalesEvaluación del estado de envases plásticos primarios mediante redes neuronales convolucionales (CNN)Trabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTecnología | Diccionario de la lengua española. (s. f.). «Diccionario de la lengua española» - Edición del Tricentenario. https://dle.rae.es/tecnolog%C3%ADaMcCain, A. (2022, 21 abril). How Fast Is Technology Advancing? [2022]: Growing, Evolving, And Accelerating At Exponential Rates. Zippia. https://www.zippia.com/advice/how-fast-is-technology-advancing/#:%7E:text=How%20Fast %20Is%20Technology%20Advancing%3A%20Trends%20and%20Predictions,expected%20t o%20reach%2050%20billionAllen, J. R, West, D. M. (2022, 9 marzo). How artificial intelligence is transforming the world. Brookings. https://www.brookings.edu/research/how-artificial-intelligence-is-transforming-the-world/Chan, M. (2021, 13 diciembre). Convolutional Neural Networks: Why are they so good for image related learning? Medium. https://towardsdatascience.com/convolutional-neural-networks-why-are-they-so-good-for-ima ge-related-learning-2b202a25d757Staar, B., Lütjen, M., & Freitag, M. (2019). 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Medium. https://towardsdatascience.com/neural-networks-and-the-universal-approximation-theorem-8a 389a33d30aPublicationORIGINALTRABAJO DE GRADO.pdfTRABAJO DE GRADO.pdfapplication/pdf3267399https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/4d921d2f-286a-4881-ab18-428988fa4583/downloadfa6b5094ace100cdc9251fe4bed4f350MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/008cbab5-acce-4c14-acb5-ee4f629a31dd/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD52TEXTTRABAJO DE GRADO.pdf.txtTRABAJO DE GRADO.pdf.txtExtracted texttext/plain58752https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/a1069c14-a2fa-45e6-8531-ffd12906d43a/download4e5d99bf58c1198f7c572c76cb094e21MD53THUMBNAILTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5925https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/69c6be6c-a858-4327-abf8-7f75e6813b36/download1b5c26314736a966823963c9f9163028MD5411059/14143oai:dspace7-utp.metabuscador.org:11059/141432024-09-05 16:43:52.972https://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 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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