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RECONOCIMIENTO DE PATRONES EN IMÁGENES DIGITAL Dr. César A. Beltrán Castañón [email_address] Laboratório de Biologia Molecular  de Coccídias Instituto de Ciências Biomédicas Universidade de São Paulo Grupo de Pesquisa em Visão Cibernética Instituto de Física de  São Carlos Universidade de São Paulo
Contenido ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Introducción ,[object Object],E. maxima E. brunetti E. tenella E. necatrix E. praecox E. acervulina E. mitis
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],PCR multiplex RAPD Introducción
Introducción ,[object Object],Objeto ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Extracción de  Características Classificación/ Reconocimiento Es un avión!!! ¿Cómo aplicar ese proceso para el reconocimiento de la  Eimeria ?
Contenido ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Adquisición y pre-procesamiento de imágenes ,[object Object],Micrografias  adquiridas por  microscopía Aislamiento de  oocistos  individuales Transformación  en tonos de gris ecualización Segmentación o  Binarización Detección de  contorno Fezes de  gallina Purificación de oocistos Muestras de oocistos  de cada especie Aquisición de imágenes  digitales
Adquisición y pre-procesamiento de imágenes ,[object Object],Base de datos de imágenes Extracción de características Reconocimento de patrones Vector de características Pre - procesamiento de imágenes (elemento de verificación/prueba) Pre - procesamiento de imágenes  (conjunto de entrenamiento) Clasificación Vector  de características X 1 X 2 X 3 X n g 1 g 2 g 3
[object Object],Algoritmo de seguimiento de contorno Contorno paramétrico x(t)  e  y(t) Adquisición y pre-procesamiento de imágenes
Contenido ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Representación de formas Platón:  El mundo material es uma sombra del mundo real. Aristóteles:  La mente, un lugar de las formas En los brazos de Morpheus Originalmente publicado en 1917
[object Object],Representación de formas ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Vector de características Medidas Geométricas Representación de la curvatura Caracterización de la estructura interna
[object Object],Representación de formas Área :  Conteo del número de  pixels Diámetros :  Cálculo por componentes principales D d ( a ) ( b ) ( c ) x y x y y x
[object Object],Representación de formas Simetría :
[object Object],Representación de formas Sigma=50 Sigma=10
[object Object],Representación de formas Matrices de co-ocurrencia
Caracterización de imágenes ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Contenido ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Clasificación y minería Vector de características ,[object Object]
Clasificación y minería ,[object Object],[object Object],[object Object]
Clasificación y minería ,[object Object],Selección de  características Definición del tamaño mínimo del conjunto de entrenamiento
Contenido ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Resultados ,[object Object],Conjunto de datos Características 3.891 TOTAL 404 E. necatrix 608 E. tenella 747 E. praecox 757 E. mitis 418 E. brunetti 321 E. maxima 636 E. acervulina N o  de ejemplos Especie Excentricidad o  shape index F14 Entropía de la matriz de co-ocurrencia F13 Momento de la diferencia inversa F12 Contraste F11 Segundo momento angular F10 Entropía de la estructura interna F9 Área F8 Simetría en función del diámetro menor F7 Simetría en función del diámetro mayor F6 Diámetro menor (ancho) F5 Diámetro mayor (largo) F4 Entropía de la curvatura F3 Desviación estándard de la curvatura F2 Média de la curvatura F1 Característica ID
Resultados ,[object Object],¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos de entrenamiento? 30% = 672 ejemplos 96 imágenes/especie
Resultados ,[object Object],Selección de características con SFS y el clasificador por similaridad 85,15 X X X X X X X X X X X X X X 14 85,39 X X X X X X X X X X X X X 13 85,29 X X X X X X X X X X X X 12 85,14 X X X X X X X X X X X 11 85,09 X X X X X X X X X X 10 85,00 X X X X X X X X X 9 85,08 X X X X X X X X 8 84,37 X X X X X X X 7 82,92 X X X X X X 6 81,47 X X X X X 5 80,15 X X X X 4 79,13 X X X 3 76,45 X X 2 Acierto F14 F13 F12 F11 F10 F9 F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 Nivel
Resultados ,[object Object],Selección de características con SFS y el clasificador por probabilidad 80,10 X X X X X X X X X X X X X X 14 80.97 X X X X X X X X X X X X X 13 80,88 X X X X X X X X X X X X 12 81,46 X X X X X X X X X X X 11 81,28 X X X X X X X X X X 10 81,15 X X X X X X X X X 9 81,20 X X X X X X X X 8 81,05 X X X X X X X 7 81,02 X X X X X X 6 79,61 X X X X X 5 77,69 X X X X 4 74,80 X X X 3 69,65 X X 2 Acierto F14 F13 F12 F11 F10 F9 F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 iível
Resultados ,[object Object],Discriminación de especies Clasificador: por similaridad Estrategia de validación:  Leave-one-out Acierto medio:  85,49% 74,51 12,13 5,20 4,70 0,50 0,00 2,97 404 E. necatrix 11,51 80,59 4,61 0,33 2,47 0,00 0,49 608 E. tenella 8,84 5,62 75,77 6,69 3,08 0,00 0,00 747 E. praecox 3,30 0,26 3,04 92,74 0,00 0,00 0,66 757 E. mitis 0,48 4,07 0,96 0,00 94,02 0,48 0,00 418 E. brunetti 0,00 0,00 0,00 0,00 0,94 99,07 0,00 321 E. maxima 14,62 1,73 0,16 1,73 0,00 0,00 81,76 636 E. acervulina E. nec E. ten E. pra E. mit E. bru E. max E. ace Especies de oocistos Nro. de oocistos Especies
Resultados ,[object Object],Discriminación de especies Clasificador: por probabilidad Estrategia de validación:  Leave-one-out Acierto medio:  80,10% 61,63 18,32 6,19 5,69 0,99 0,00 7,18 404 E. necatrix 20,89 70,23 5,10 0,16 2,96 0,00 0,66 608 E. tenella 14,59 8,97 65,33 5,89 5,09 0,00 0,13 747 E. praecox 5,15 0,13 2,25 91,41 0,00 0,00 1,06 757 E. mitis 0,00 6,70 3,11 0,00 89,24 0,96 0,00 418 E. brunetti 0,00 0,00 0,00 0,00 1,56 98,44 0,00 321 E. Maxima 10,85 2,20 0,16 2,20 0,16 0,00 84,43 636 E. acervulina E. nec E. ten E. pra E. mit E. bru E. max E. ace Especies de oocistos Nro. de oocistos Especies
Resultados ,[object Object],Análisis comparativo del desempeño de los clasificadores
Resultados ,[object Object],Análisis del desempeño de los clasificadores por curvas ROC E. acervulina E. maxima E. brunetti E. mitis E. praecox E. tenella E. necatrix
Resultados ,[object Object]
Resultados ,[object Object],http://puma.icb.usp.br/coccimorph/
Resultados ,[object Object]
Filograma inferido por máxima verosemejanza a partir de genomas mitocondriais de  Eimeria  spp. E. coecicola E. flavescens E. necatrix E. tenella E. praecox E. maxima E. brunetti E. mitis E. acervulina 97 100 66 100 100 100 0.02 Filograma inferido por Neighbor-joining con datos morfométricos E. acervulina E. mitis E. praecox E. maxima E. brunetti E. tenella E. necatrix 0.1 92 64 100 97
Producción científica
Contenido ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Perspectivas Futuras ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Otras Aplicaciones ,[object Object]
Visualización de Proteinas
Predicción de estructura de proteinas Parallel Right-handed  β -helix Leucine-rich repeats Hemagglutinin  Eubacterial 70S
Secuencia Primaria  MNGTEGPNFY VPFSNKTGVV RSPFEAPQYY LAEPWQFSML AAYMFLLIML GFPINFLTLY VTVQHKKLRT PLNYILLNLA VADLFMVFGG FTTTLYTSLH GYFVFGPTGC NLEGFFATLG GEIALWSLVV LAIERYVVVC KPMSNFRFGE NHAIMGVAFT WVMALACAAP PLVGWSRYIP EGMQCSCGID YYTPHEETNN ESFVIYMFVV HFIIPLIVIF FCYGQLVFTV KEAAAQQQES ATTQKAEKEV TRMVIIMVIA FLICWLPYAG VAFYIFTHQG SDFGPIFMTI PAFFAKTSAV YNPVIYIMMN KQFRNCMVTT LCCGKNPLGD DEASTTVSKT ETSQVAPA   Estructura 3D Folding Funcion compleja dentro de una red de proteinas Normal P ROTEINA S Secuencia    Estructura    Función (Extraido de: Judith  Klein-Seetharaman)
Secuencia primaria MNGTEGPNFY VPFSNKTGVV RSPFEAPQYY LAEPWQFSML AAYMFLLIML GFPINFLTLY VTVQHKKLRT PLNYILLNLA VADLFMVFGG FTTTLYTSLH GYFVFGPTGC NLEGFFATLG GEIALWSLVV LAIERYVVVC KPMSNFRFGE NHAIMGVAFT WVMALACAAP PLVGWSRYIP EGMQCSCGID YYTPHEETNN ESFVIYMFVV HFIIPLIVIF FCYGQLVFTV KEAAAQQQES ATTQKAEKEV TRMVIIMVIA FLICWLPYAG VAFYIFTHQG SDFGPIFMTI PAFFAKTSAV YNPVIYIMMN KQFRNCMVTT LCCGKNPLGD DEASTTVSKT ETSQVAPA  Estructura 3D Folding Función compleja dentro de red de proteinas P ROTEINA S Secuencia    Estructura    Función Enfermedad
Alineamiento y predicción:  β - Helix (Extraido de: Carbonell 2006)
Reconstrucción de Patrones de Expresión Genética ( Travençolo 2008 )
Gestión de Cuencas
Equipo de investigación Propagación y purificación de parásitos Sandra Fernandez   - ICB-USP Jane Silveira Fraga   - ICB-USP Orientación Prof. Dr. Arthur Gruber   – ICB-USP Prof. Dr. Luciano da Fontoura Costa   – IFSC-USP Prof. Dr. Carlos Alberto de B. Pereira  – IME-USP
Soporte financiero ,[object Object],[object Object]

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  • 7.
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  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12. Representación de formas Platón: El mundo material es uma sombra del mundo real. Aristóteles: La mente, un lugar de las formas En los brazos de Morpheus Originalmente publicado en 1917
  • 13.
  • 14.
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  • 33.
  • 34.
  • 35. Filograma inferido por máxima verosemejanza a partir de genomas mitocondriais de Eimeria spp. E. coecicola E. flavescens E. necatrix E. tenella E. praecox E. maxima E. brunetti E. mitis E. acervulina 97 100 66 100 100 100 0.02 Filograma inferido por Neighbor-joining con datos morfométricos E. acervulina E. mitis E. praecox E. maxima E. brunetti E. tenella E. necatrix 0.1 92 64 100 97
  • 37.
  • 38.
  • 39.
  • 41. Predicción de estructura de proteinas Parallel Right-handed β -helix Leucine-rich repeats Hemagglutinin Eubacterial 70S
  • 42. Secuencia Primaria MNGTEGPNFY VPFSNKTGVV RSPFEAPQYY LAEPWQFSML AAYMFLLIML GFPINFLTLY VTVQHKKLRT PLNYILLNLA VADLFMVFGG FTTTLYTSLH GYFVFGPTGC NLEGFFATLG GEIALWSLVV LAIERYVVVC KPMSNFRFGE NHAIMGVAFT WVMALACAAP PLVGWSRYIP EGMQCSCGID YYTPHEETNN ESFVIYMFVV HFIIPLIVIF FCYGQLVFTV KEAAAQQQES ATTQKAEKEV TRMVIIMVIA FLICWLPYAG VAFYIFTHQG SDFGPIFMTI PAFFAKTSAV YNPVIYIMMN KQFRNCMVTT LCCGKNPLGD DEASTTVSKT ETSQVAPA Estructura 3D Folding Funcion compleja dentro de una red de proteinas Normal P ROTEINA S Secuencia  Estructura  Función (Extraido de: Judith Klein-Seetharaman)
  • 43. Secuencia primaria MNGTEGPNFY VPFSNKTGVV RSPFEAPQYY LAEPWQFSML AAYMFLLIML GFPINFLTLY VTVQHKKLRT PLNYILLNLA VADLFMVFGG FTTTLYTSLH GYFVFGPTGC NLEGFFATLG GEIALWSLVV LAIERYVVVC KPMSNFRFGE NHAIMGVAFT WVMALACAAP PLVGWSRYIP EGMQCSCGID YYTPHEETNN ESFVIYMFVV HFIIPLIVIF FCYGQLVFTV KEAAAQQQES ATTQKAEKEV TRMVIIMVIA FLICWLPYAG VAFYIFTHQG SDFGPIFMTI PAFFAKTSAV YNPVIYIMMN KQFRNCMVTT LCCGKNPLGD DEASTTVSKT ETSQVAPA Estructura 3D Folding Función compleja dentro de red de proteinas P ROTEINA S Secuencia  Estructura  Función Enfermedad
  • 44. Alineamiento y predicción: β - Helix (Extraido de: Carbonell 2006)
  • 45. Reconstrucción de Patrones de Expresión Genética ( Travençolo 2008 )
  • 47. Equipo de investigación Propagación y purificación de parásitos Sandra Fernandez - ICB-USP Jane Silveira Fraga - ICB-USP Orientación Prof. Dr. Arthur Gruber – ICB-USP Prof. Dr. Luciano da Fontoura Costa – IFSC-USP Prof. Dr. Carlos Alberto de B. Pereira – IME-USP
  • 48.