KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.3
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pp.1104-1120
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2020
The chest X-rays are a common way to diagnose lung cancer or pneumonia. In particular, the finding of a lung nodule is the most important problem in the early detection of lung cancer. Recently, a lot of automatic diagnosis algorithms have been studied to find the lung nodules missed by doctors. The algorithms are typically based on segmentation network like U-Net. However, the occurrence of false positives that similar to lung nodules present outside the lungs can severely degrade performance. In this study, we propose a multi-task learning method that simultaneously learns the lung region and nodule-labeled data based on the prior knowledge that lung nodules exist only in the lung. The proposed method significantly reduces false positives outside the lung and improves the recognition rate of lung nodules to 83.8 F1 score compared to 66.6 F1 score of single task learning with U-net model. The experimental results on the JSRT public dataset demonstrate the effectiveness of the proposed method compared with other baseline methods.
Roads are an essential factor in the physical functioning of modern society. The spatial information of the road has much longer update cycle than the traffic situation information, and it is necessary to generate the information faster and more accurately than now. In this study, as a way to achieve that goal, the Pan-sharpening technique was applied to satellite images of Kompsat 3 and 3A to improve spatial resolution. Then, the data were used for road extraction using the semantic segmentation technique, which has been actively researched recently. The acquired Kompsat 3/3A pan-sharpened images were trained by putting it into a U-Net based segmentation model along with Massachusetts road data, and the applicability of the images were evaluated. As a result of training and verification, it was found that the model prediction performance was maintained as long as certain conditions were maintained for the input image. Therefore, it is expected that the possibility of utilizing satellite images such as Kompsat satellite will be even higher if rich training data are constructed by applying a method that minimizes the impact of surrounding environmental conditions affecting models such as shadows and surface conditions.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.27
no.2
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pp.49-70
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2022
Sea Surface Temperature (SST), one of the ocean features, has a significant impact on climate, marine ecosystem and human activities. Therefore, SST prediction has been always an important issue. Recently, deep learning has drawn much attentions, since it can predict SST by training past SST patterns. Compared to the numerical simulations, deep learning model is highly efficient, since it can estimate nonlinear relationships between input data. With the recent development of Graphics Processing Unit (GPU) in computer, large amounts of data can be calculated repeatedly and rapidly. In this study, Short-term SST will be predicted through Convolutional Neural Network (CNN)-based U-Net that can handle spatiotemporal data concurrently and overcome the drawbacks of previously existing deep learning-based models. The SST prediction performance depends on the seasonal and interannual SST variabilities around the southern coast of Korea. The predicted SST has a wide range of variance during spring and summer, while it has small range of variance during fall and winter. A wide range of variance also has a significant correlation with the change of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) index. These results are found to be affected by the intensity of the seasonal and PDO-related interannual SST fronts and their intensity variations along the southern Korean seas. This study implies that the SST prediction performance using the developed deep learning model can be significantly varied by seasonal and interannual variabilities in SST.
Many recent studies on deep learning-based road crack detection have shown significantly more improved performances than previous works using algorithm-based conventional approaches. However, many deep learning-based studies are still focused on classifying the types of cracks. The classification of crack types is highly anticipated in that it can improve the crack detection process, which is currently relying on manual intervention. However, it is essential to calculate the severity of the cracks as well as identifying the type of cracks in actual pavement maintenance planning, but studies related to road crack detection have not progressed enough to automated calculation of the severity of cracks. In order to calculate the severity of the crack, the type of crack and the area of the crack in the image must be identified together. This study deals with a method of using Mobilenet-SSD that is deep learning-based object detection techniques to effectively automate the simultaneous detection of crack types and crack areas. To improve the accuracy of object-detection for road cracks, several experiments were conducted to combine the U-Net for automatic segmentation of input image and object-detection model, and the results were summarized. As a result, image masking with U-Net is able to maximize object-detection performance with 0.9315 mAP value. While referring the results of this study, it is expected that the automation of the crack detection functionality on pave management system can be further enhanced.
Satellite imaging is an effective supplementary data source for detecting and verifying nuclear activity. It is also highly beneficial in regions with limited access and information, such as nuclear installations. Time series analysis, in particular, can identify the process of preparing for the conduction of a nuclear experiment, such as relocating equipment or changing facilities. Differences in the semantic segmentation findings of time series photos were employed in this work to detect changes in meaningful items connected to nuclear activity. Building, road, and small object datasets made of KOMPSAT 3/3A photos given by AIHub were used to train deep learning models such as U-Net, PSPNet, and Attention U-Net. To pick relevant models for targets, many model parameters were adjusted. The final change detection was carried out by including object information into the first change detection, which was obtained as the difference in semantic segmentation findings. The experiment findings demonstrated that the suggested approach could effectively identify altered pixels. Although the suggested approach is dependent on the accuracy of semantic segmentation findings, it is envisaged that as the dataset for the region of interest grows in the future, so will the relevant scope of the proposed method.
Ship-radiated noise received by passive sonar that can measure underwater noise can be identified and classified ship using Detection of Envelope Modulation on Noise (DEMON) analysis. However, in a low Signal-to-Noise Ratio (SNR) environment, it is difficult to analyze and identify the target frequency line containing ship information in the DEMONgram. In this paper, we conducted a study to extract target frequency lines using semantic segmentation among deep learning techniques for more accurate target identification in a low SNR environment. The semantic segmentation models U-Net, UNet++, and DeepLabv3+ were trained and evaluated using simulated DEMONgram data generated by changing SNR and fundamental frequency, and the DEMONgram prediction performance of DeepShip, a dataset of ship-radiated noise recordings on the strait of Georgia in Canada, was compared using the trained models. As a result of evaluating the trained model with the simulated DEMONgram, it was confirmed that U-Net had the highest performance and that it was possible to extract the target frequency line of the DEMONgram made by DeepShip to some extent.
Kang, Sung Ho;You, Sun Kyoung;Lee, Jeong Eun;Ahn, Chi Young
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.41
no.1
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pp.48-54
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2020
In this paper, we deal with a liver fibrosis classification problem using ultrasound B-mode images. Commonly representative methods for classifying the stages of liver fibrosis include liver biopsy and diagnosis based on ultrasound images. The overall liver shape and the smoothness and roughness of speckle pattern represented in ultrasound images are used for determining the fibrosis stages. Although the ultrasound image based classification is used frequently as an alternative or complementary method of the invasive biopsy, it also has the limitations that liver fibrosis stage decision depends on the image quality and the doctor's experience. With the rapid development of deep learning algorithms, several studies using deep learning methods have been carried out for automated liver fibrosis classification and showed superior performance of high accuracy. The performance of those deep learning methods depends closely on the amount of datasets. We propose an enhanced U-net architecture to maximize the classification accuracy with limited small amount of image datasets. U-net is well known as a neural network for fast and precise segmentation of medical images. We design it newly for the purpose of classifying liver fibrosis stages. In order to assess the performance of the proposed architecture, numerical experiments are conducted on a total of 118 ultrasound B-mode images acquired from 78 patients with liver fibrosis symptoms of F0~F4 stages. The experimental results support that the performance of the proposed architecture is much better compared to the transfer learning using the pre-trained model of VGGNet.
Laboratory-scale hydraulic fracturing experiments were conducted on granite specimens at various viscosities and injection rates of the fracturing fluid. A series of cross-sectional computed tomography (CT) images of fractured specimens was obtained via a three-dimensional X-ray CT imaging method. Pixel-level fracture segmentation of the CT images was conducted using a convolutional neural network (CNN)-based Nested U-Net model structure. Compared with traditional image processing methods, the CNN-based model showed a better performance in the extraction of thin and complex fractures. These extracted fractures extracted were reconstructed in three dimensions and morphologically analyzed based on their fracture volume, aperture, tortuosity, and surface roughness. The fracture volume and aperture increased with the increase in viscosity of the fracturing fluid, while the tortuosity and roughness of the fracture surface decreased. The findings also confirmed the anisotropic tortuosity and roughness of the fracture surface. In this study, a CNN-based model was used to perform accurate fracture segmentation, and quantitative analysis of hydraulic stimulated fractures was conducted successfully.
Fluid-elastic instability and turbulence-induced vibration of steam generator U-tubes of a nuclear power plant are studied numerically to investigate the effect of design changes of support structures in the upper region of the tubes. Two steam generator models, Model A and Model B, are considered in this study. The main design features of both models are identical except for the conditions of vertical and horizontal support bars. The location and number of vertical and horizontal support bars at the middle of the U-bend region in Model A differs from that of Model B. The stability ratio and the amplitude of turbulence-induced vibration are calculated by a computer program based on the ASME code. The mode shape with a large modal displacement at the upper region of the U-tube is the key parameter related to the fretting wear between the tube and its support structures, such as vertical, horizontal, and diagonal support bars. Therefore, the location and the number of vertical and horizontal support bars have a great influence on the fretting wear mechanism. The variation in the stability ratios for each vibrational mode is compared with respect to Model A and Model B. Even though both models satisfy the design criteria, Model A shows substantial improvements over Model B, particularly in terms of having greater amplitude margins in the turbulence-excited vibration (especially at the inner region of the tube bundle) and better stability ratios for the fluid-elastic instability.
In this study, a proposed ensemble learning technique aims to enhance the semantic segmentation performance of images captured by Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). With the increasing use of UAVs in fields such as urban planning, there has been active development of techniques utilizing deep learning segmentation methods for land cover segmentation. The study suggests a method that utilizes prominent segmentation models, namely U-Net, DeepLabV3, and Fully Convolutional Network (FCN), to improve segmentation prediction performance. The proposed approach integrates training loss, validation accuracy, and class score of the three segmentation models to enhance overall prediction performance. The method was applied and evaluated on a land cover segmentation problem involving seven classes: buildings,roads, parking lots, fields, trees, empty spaces, and areas with unspecified labels, using images captured by UAVs. The performance of the ensemble model was evaluated by mean Intersection over Union (mIoU), and the results of comparing the proposed ensemble model with the three existing segmentation methods showed that mIoU performance was improved. Consequently, the study confirms that the proposed technique can enhance the performance of semantic segmentation models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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