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ORCID:  http://orcid.org/0009-0001-9846-9442
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Segmentação de fissuras em dormentes de concreto protendido usando processamento de imagens e deep learning
Título (s) alternativo (s): Crack Segmentation in Prestressed Concrete Sleepers Using Image Processing and Deep Learning
Autor: Spolti, Amanda Costa
Primer orientador: Souza, Jefferson Rodrigo de
Primer coorientador: Couto, Leandro Nogueira
Primer miembro de la banca: Pessin, Gustavo
Segundo miembro de la banca: Nascimento, Marcelo Zanchetta do
Resumen: A segmentação de fissuras em dormentes ferroviários é essencial para garantir a segurança e a confiabilidade das vias. Esta dissertação propõe uma metodologia completa, que abrange desde a coleta das imagens, passando pelas etapas de pré-processamento, segmentação e pós-processamento, até a disponibilização dos resultados em uma aplicação web com mapas e dashboards interativos. Foram avaliadas diferentes arquiteturas de redes neurais profundas para segmentação de fissuras finas em imagens de dormentes, incluindo U-Net, ENet, SegNet e uma versão modificada da ENet, S-ENet, proposta neste trabalho. Os modelos foram treinados utilizando a função de perda Binary Cross-Entropy (BCE) por 150 épocas, com critério de parada baseado na métrica F1. Os resultados experimentais mostram que a U-Net obteve os melhores desempenhos nas métricas avaliadas: 0.704 (F1), 0.7 (R), 0.743 (P) e 0.8 (B-F1), enquanto a ENet apresentou uma velocidade de inferência aproximadamente 15 vezes maior: 0.134 segundos contra 1.96 segundos da U-Net. A S-ENet aumentou a eficiência, sendo 1,5 vezes mais rápida (0.093 segundos) que a ENet original, mantendo qualidade competitiva na segmentação. Embora existam diferenças numéricas nas métricas de avaliação, os resultados visuais mostram-se comparáveis. Essas investigações destacam o equilíbrio necessário entre precisão e eficiência computacional, evidenciando o potencial de arquiteturas leves para segmentação de fissuras em dormentes em tempo real.
Abstract: Crack segmentation in railway sleepers is crucial for ensuring railway safety and reliability. This dissertation proposes a complete methodology, covering the entire pipeline: from image acquisition, through pre-processing, segmentation, and post-processing, to presenting the results in a web application with interactive maps and dashboards. The study explores different deep learning-based segmentation architectures for segmenting thin cracks in sleeper images, comparing U-Net, ENet, SegNet, and a proposed modified ENet, S-ENet. The models were trained using Binary Cross-Entropy (BCE) loss over 150 epochs with an early stopping criterion based on the F1 score. Experimental results show that U-Net achieves the highest performance across evaluation metrics: 0.704 (F1), 0.7 (R), 0.743 (P) e 0.8 (B-F1), while ENet delivers approximately 15× faster inference speed: 0.134 seconds versus 1.96 seconds of U-Net. The S-ENet improves efficiency by being 1.5× faster (0.093 seconds) than the original ENet, while maintaining competitive segmentation quality. Despite slight numerical differences in evaluation metrics, visual results remain comparable. These findings highlight the trade-off between accuracy and computational efficiency, emphasizing the potential of lightweight architectures for real-time sleeper crack segmentation.
Palabras clave: Segmentação Binária
Dormentes
Fissuras
Aprendizado de máquina
Deep learning
Binary segmentation
Sleepers
Cracks
Machine Learning
Computação
Área (s) del CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Tema: Computação
Redes neurais (Computação)
Ferrovias - Dormentes
Inteligência artificial
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Cita: SPOLTI, Amanda Costa. Segmentação de fissuras em dormentes de concreto protendido usando processamento de imagens e deep learning. 2025. 66 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Computação) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.334
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.334
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46298
Fecha de defensa: 9-jun-2025
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 8. Trabalho decente e crescimento econômico - Promover o crescimento econômico sustentado, inclusivo e sustentável, emprego pleno e produtivo, e trabalho decente para todos.
Aparece en las colecciones:DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação

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