00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - IC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO- IC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Fitting gaussian curves on particle images for density estimation
Título(s) alternativo(s): Ajuste de curvas gaussianas em imagens de partículas para estimação de densidade
Autor(es): Massa, Lucas Mendes
Primeiro Orientador: Vieira, Tiago Figueiredo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Araújo, Ícaro Bezerra Queiroz de
metadata.dc.contributor.referee1: Martins, Allan de Medeiros
Resumo: No presente trabalho utilizou-se um dispositivo impresso em 3D para medir a densidade de uma micropartícula fazendo uso de acustofluídica, a qual consiste em aplicar ondas sonoras para prender partículas no espaço livre. Inicialmente, a partícula fica presa no plano focal do microscópio (sem desfoque). Em seguida, os transdutores são desligados e a partícula ao longo do fluido, aumentando seu diâmetro devido ao desfoque causado pela distância até a lente. Esse aumento de diâmetro ao longo do tempo fornece sua velocidade, que pode, por sua vez, ser usada para calcular sua densidade. Anotar manualmente o diâmetro nas imagens capturadas é uma tarefa tediosa e sujeita a erros. Isso acontece devido ao alto ruído presente nas imagens, principalmente nos últimos quadros onde o desfoque é alto. Dessa forma, usamos um processo de ajuste de modelo Gaussiano 2D para estimar o diâmetro da partícula em diferentes quadros de profundidade. Para encontrar os diâmetros, inicialmente realizamos o ajuste dos parâmetros Gaussianos com Algoritmo Genético em cada quadro da trajetória da partícula registrada para evitar mínimos locais. Em seguida, refinamos o ajuste com Gradient Descendente usando Tensorflow para compensar qualquer aleatoriedade presente no ajuste do Algoritmo Genético. Validamos o método recuperando a densidade de uma partícula conhecida com desempenho satisfatório.
Abstract: We use a 3D printed device to measure the density of a micro-particle with acoustofluidics, which consists in using sound waves to trap particles in free space. Initially, the particle is trapped in the microscope’s focal plane (no blur). Then the transducers are shut off and the particle falls inside the fluid, increasing its diameter due to defocus caused by the distance to the lens. This increase in diameter along time provides its velocity, which can, in turn, be used to compute its density. To manually annotate the diameter in the recorded images is a tedious task and is prone to errors. That happens due to the high noise present in the images, specially in the last frames where the defocus is high. Because of that, we use a 2D Gaussian model fitting process to estimate the particle diameter throughout different depth frames. To find the diameters, we initially perform the Gaussian parameters fit with Genetic Algorithm in each frame of the recorded particle trajectory to avoid local minima. Then we refine the fit with Gradient Descent using Tensorflow in order to compensate for any randomness present in the fit of the Genetic Algorithm. We validate the method by retrieving a known particle’s density with acceptable performance.
Palavras-chave: Estimação de densidade de partículas
Algoritmos genéticos
Gradiente descendente
Ajuste de gaussiana 2D
Acustofluídica
Particle density estimation
Genetic algorithms
Gradient descent
Gaussian 2D adjustment
Acoustofluidic
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso Engenharia da Computação
Citação: MASSA, Lucas Mendes Massa. Fitting gaussian curves on particle images for density estimation. 2023. 21 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia de Computação) – Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/12645
Data do documento: 17-mar-2023
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