Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition

A review and analysis of known solutions of the problem of detecting malaria from images of patients' blood at the cellular level using various machine learning algorithms, including the support vector method, deep belief network, and convolutional neural networks, was conducted. Models based o...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Видавець:Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
Дата:2023
Автори: Федорченко, Є. М., Олійник, А. О., Степаненко, О.О., Федорончак, Т. В., Чорнобук, М. О.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Інститут проблем реєстрації інформації НАН України 2023
Теми:
Онлайн доступ:http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/287018
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!

Організація

Data Recording, Storage & Processing
id drspiprikievua-article-287018
record_format ojs
spelling drspiprikievua-article-2870182023-10-24T01:01:23Z Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition Розробка та дослідження модифікованої згорткової нейронної мережи для розпізнавання образів малярійних клітин Федорченко, Є. М. Олійник, А. О. Степаненко, О.О. Федорончак, Т. В. Чорнобук, М. О. Convolutional neural network, machine learning, malaria, pattern recognition, Keras, Python згорткова нейронна мережа, машинне навчання, малярія, розпізнавання образів, Keras, Python/ A review and analysis of known solutions of the problem of detecting malaria from images of patients' blood at the cellular level using various machine learning algorithms, including the support vector method, deep belief network, and convolutional neural networks, was conducted. Models based on neural networks demonstrate greater efficiency. In particular, all models based on Deep belief network and convolutional neural networks show a classification accuracy of more than 95 %. It was decided to develop our own model based on a convolutional neural network, which turned out to be the most promising algorithm among those considered. In the development of the proposed solution, a publicly available set of annotated images of patient blood cells was used, which was corrected according to other work that considered this data set. The Python programming language was used in combination with the TensorFlow library, which was applied directly to develop the network. The OpenCV on Wheels library was utilized to resize images from the dataset.  The model consists of 16 layers: 5 convolutional, 5 aggregating, one dropout layer and 5 fully connected. After the development of the machine learning model, the accuracy of the model was tested and compared with the analogues discussed above. Testing was performed independently on two data sets: a set consisting of images scaled to a size of 50×50 pixels and a set consisting of images scaled to a size of 100×100 pixels. According to the test results, it was established that the model is at the level of the best considered analogs based on convolutional neural networks in terms of classification accuracy of test data, having a classification accuracy of 96,68 % and 98,08 % on a set with smaller and a set with larger images, respectively. The model reaches these values at about the fifteenth epoch of training, and the phenomenon of overtraining is observed in the following epochs. Проведено огляд та аналіз відомих рішень для проблеми виявлення малярії за знімками крові пацієнтів з використанням алгоритмів машинного навчання. Після розробки моделі машинного навчання для вирішення поставленої задачі на основі згорткових нейронних мереж проведене тестування точності роботи моделі та її порівняння з розглянутими аналогами. За результатами тестування було встановлено, що за показником точності класифікації модель знаходиться на рівні найкращих розглянутих моделей, маючи точність класифікації 98,08 %. Інститут проблем реєстрації інформації НАН України 2023-06-20 Article Article application/pdf http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/287018 10.35681/1560-9189.2023.25.1.287018 Data Recording, Storage & Processing; Vol. 25 No. 1 (2023); 54-64 Регистрация, хранение и обработка данных; Том 25 № 1 (2023); 54-64 Реєстрація, зберігання і обробка даних; Том 25 № 1 (2023); 54-64 1560-9189 uk http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/287018/283195 Авторське право (c) 2023 Реєстрація, зберігання і обробка даних
institution Data Recording, Storage & Processing
collection OJS
language Ukrainian
topic Convolutional neural network
machine learning
malaria
pattern recognition
Keras
Python
згорткова нейронна мережа
машинне навчання
малярія
розпізнавання образів
Keras
Python/
spellingShingle Convolutional neural network
machine learning
malaria
pattern recognition
Keras
Python
згорткова нейронна мережа
машинне навчання
малярія
розпізнавання образів
Keras
Python/
Федорченко, Є. М.
Олійник, А. О.
Степаненко, О.О.
Федорончак, Т. В.
Чорнобук, М. О.
Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
topic_facet Convolutional neural network
machine learning
malaria
pattern recognition
Keras
Python
згорткова нейронна мережа
машинне навчання
малярія
розпізнавання образів
Keras
Python/
format Article
author Федорченко, Є. М.
Олійник, А. О.
Степаненко, О.О.
Федорончак, Т. В.
Чорнобук, М. О.
author_facet Федорченко, Є. М.
Олійник, А. О.
Степаненко, О.О.
Федорончак, Т. В.
Чорнобук, М. О.
author_sort Федорченко, Є. М.
title Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
title_short Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
title_full Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
title_fullStr Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
title_full_unstemmed Development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
title_sort development and research of a modified convolutional neural network for malaria cell pattern recognition
title_alt Розробка та дослідження модифікованої згорткової нейронної мережи для розпізнавання образів малярійних клітин
description A review and analysis of known solutions of the problem of detecting malaria from images of patients' blood at the cellular level using various machine learning algorithms, including the support vector method, deep belief network, and convolutional neural networks, was conducted. Models based on neural networks demonstrate greater efficiency. In particular, all models based on Deep belief network and convolutional neural networks show a classification accuracy of more than 95 %. It was decided to develop our own model based on a convolutional neural network, which turned out to be the most promising algorithm among those considered. In the development of the proposed solution, a publicly available set of annotated images of patient blood cells was used, which was corrected according to other work that considered this data set. The Python programming language was used in combination with the TensorFlow library, which was applied directly to develop the network. The OpenCV on Wheels library was utilized to resize images from the dataset.  The model consists of 16 layers: 5 convolutional, 5 aggregating, one dropout layer and 5 fully connected. After the development of the machine learning model, the accuracy of the model was tested and compared with the analogues discussed above. Testing was performed independently on two data sets: a set consisting of images scaled to a size of 50×50 pixels and a set consisting of images scaled to a size of 100×100 pixels. According to the test results, it was established that the model is at the level of the best considered analogs based on convolutional neural networks in terms of classification accuracy of test data, having a classification accuracy of 96,68 % and 98,08 % on a set with smaller and a set with larger images, respectively. The model reaches these values at about the fifteenth epoch of training, and the phenomenon of overtraining is observed in the following epochs.
publisher Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
publishDate 2023
url http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/287018
work_keys_str_mv AT fedorčenkoêm developmentandresearchofamodifiedconvolutionalneuralnetworkformalariacellpatternrecognition
AT olíjnikao developmentandresearchofamodifiedconvolutionalneuralnetworkformalariacellpatternrecognition
AT stepanenkooo developmentandresearchofamodifiedconvolutionalneuralnetworkformalariacellpatternrecognition
AT fedorončaktv developmentandresearchofamodifiedconvolutionalneuralnetworkformalariacellpatternrecognition
AT čornobukmo developmentandresearchofamodifiedconvolutionalneuralnetworkformalariacellpatternrecognition
AT fedorčenkoêm rozrobkatadoslídžennâmodifíkovanoízgortkovoínejronnoímerežidlârozpíznavannâobrazívmalâríjnihklítin
AT olíjnikao rozrobkatadoslídžennâmodifíkovanoízgortkovoínejronnoímerežidlârozpíznavannâobrazívmalâríjnihklítin
AT stepanenkooo rozrobkatadoslídžennâmodifíkovanoízgortkovoínejronnoímerežidlârozpíznavannâobrazívmalâríjnihklítin
AT fedorončaktv rozrobkatadoslídžennâmodifíkovanoízgortkovoínejronnoímerežidlârozpíznavannâobrazívmalâríjnihklítin
AT čornobukmo rozrobkatadoslídžennâmodifíkovanoízgortkovoínejronnoímerežidlârozpíznavannâobrazívmalâríjnihklítin
first_indexed 2024-04-21T19:20:08Z
last_indexed 2024-04-21T19:20:08Z
_version_ 1804810583656103936