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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-9027-7171
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Recovering Chest X-RAY Images from Adversarial Attacks in Pneumonia Classification: Genetic Algorithm-based Adaptive Compression (GA-AC)
Alternate title (s): Recuperação de imagens de raio-X do tórax após ataques adversários na classificação de pneumonia: Compressão adaptativa baseada em algoritmo genético (GA-AC)
Author: Lima, Paulo Vitor Costa
First Advisor: Quincozes, Silvio Ereno
First member of the Committee: Nascimento, Marcelo Zanchetta do
Second member of the Committee: Welfer, Daniel
Summary: Os ataques adversariais têm se mostrado uma ameaça crítica à confiabilidade de mo- delos de aprendizado profundo aplicados ao processamento de imagens médicas. Técnicas como o Fast Gradient Sign Method (FGSM), o Iterative Fast Gradient Sign Method (I-FGSM), também conhecido como Basic Iterative Method (BIM), e o Projected Gra- dient Descent (PGD) podem induzir erros significativos de predição, comprometendo a precisão diagnóstica e a segurança do paciente. Para enfrentar esse desafio, este trabalho propõe uma abordagem inovadora denominada Genetic Algorithm-based Adaptive Com- pression (GA-AC), desenvolvida para recuperar imagens perturbadas por diferentes tipos de ataques adversariais. O método GA-AC utiliza um algoritmo genético para otimizar parâmetros de compressão de imagens, com o objetivo de maximizar o Peak Signal-to- Noise Ratio (PSNR) e o Structural Similarity Index Measure (SSIM), preservando assim as características diagnósticas essenciais das imagens restauradas. Os experimentos reali- zados com múltiplas imagens de raios-X demonstraram a eficácia do GA-AC, que foi capaz de restaurar o desempenho dos modelos após diferentes ataques adversariais, recuperando, por exemplo, o F1-score de 24,14% para 98,10% após o ataque FGSM, e apresentando resultados igualmente robustos frente aos ataques I-FGSM, e PGD.
Abstract: Adversarial attacks have become a critical threat to the reliability of deep learning models applied to medical image processing. Techniques such as the Fast Gradient Sign Method (FGSM), the Iterative Fast Gradient Sign Method (I-FGSM), also known as the Basic Iterative Method (BIM), and the Projected Gradient Descent (PGD) can induce significant prediction errors, compromising diagnostic accuracy and patient safety. To ad- dress this challenge, this study proposes an innovative approach called Genetic Algorithm- based Adaptive Compression (GA-AC), developed to recover images perturbed by various types of adversarial attacks. The GA-AC method employs a genetic algorithm to opti- mize image compression parameters, aiming to maximize the Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) and the Structural Similarity Index Measure (SSIM), thereby preserving essen- tial diagnostic features in the restored images. Experiments conducted on multiple X-ray images demonstrated the effectiveness of GA-AC, which successfully restored model per- formance after different adversarial attacks, recovering, for example, the F1-score from 24.14% to 98.10% after the FGSM attack, and achieving similarly robust results against I-FGSM, and PGD.
Keywords: Ataques adversariais
Aprendizado profundo
Algoritmo genético
Compressão adaptativa
Imagens médicas
Adversarial attacks
Deep learning
Genetic algorithm
Adaptive compression
Medical imaging
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE INFORMACAO
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: LIMA, Paulo Vitor Costa. Recovering Chest X-RAY Images from Adversarial Attacks in Pneumonia Classification: Genetic Algorithm-based Adaptive Compression (GA-AC). 85 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.5059.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.5059
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48334
Date of defense: 16-Dec-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 16. Paz, justiça e instituições eficazes - Promover sociedades pacíficas e inclusivas par ao desenvolvimento sustentável, proporcionar o acesso à justiça para todos e construir instituições eficazes, responsáveis e inclusivas em todos os níveis.
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