SUPERVISOR
Nilofar Ghisari,Maryam Zekri
نیلوفر قیصری (استاد مشاور) مریم ذکری (استاد راهنما)
STUDENT
Amir Reza Sadri
امیررضا صدری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Malignant Melanoma Detection using Dermoscopy Images Based on Wavelet Networks
The problem of estimating online the unknown parameters of systems and signals is of great interest in classical control theory and appears in different forms in many practical applications. To estimate the unknown parameters of a system, we could use Adaptive Observers and for estimating the unknown parameters of a signal we could model the signal as a system and then apply adaptive observer for parameter estimation of the system and, hence, the signal. Frequency estimation is a fundamental question in systems theory that has many practical applications, for instance in active noise and vibration control in helicopters, disk drives, and magnetic bearings. It is also a challenging theoretical problem since the nonlinear dependence on the unknown frequency stymies the application of standard well-known techniques. In some cases the measured signal may be deformed due to nonlinearities introduced by the sensor, for example when the signal amplitude exceeds the sensor limits or leaves certain operative ranges in which the sensor operates linearly. Note that the latter case could be transformed into the former one, if the signal is appositely cut-off to eliminate the sensor distortions. Common estimation algorithms, such as Adaptive Notch Filter (ANF), do not provide suitable results in response to non-sinusoidal periodic signals like saturated sinusoid. In this research, we consider the problem of frequency estimation of saturated sinusoidal signals. Since a saturated sinusoid has two distinct dynamics over time, we make use of the modeling structure in hybrid dynamical systems. Firstly, we model the saturated sinusoid as the output of a hybrid dynamical system in which the unknown frequency appears as a state and secondly, we design a hybrid observer for estimating the states of the hybrid model and hence the unknown frequency of the saturated sinusoid. In design of this hybrid observer, we first explore the concept of the invariant manifold based reduced-order observer in which a globally convergent, reduced-order observer for general nonlinear systems is addressed. The observer provides asymptotic estimate of the unknown states by rendering attractive an appropriately selected (invariant) manifold in the extended state space. Then we extend the nonlinear observer to estimate the states i impulsive nonlinear systems and a class of hybrid systems with two operating modes. Moreover, we design the hybrid observer for the hybrid model of saturated signal. Compared to the recently proposed method based on the hybrid observer concept, the proposed method in this research has a simpler algorithmic design, simpler structure, lesser number of state variables and better robustness to the variation in the saturation level. The validity of analytical studies are verified by several computer simulations. On the other hand, in this research, the idea of combining hybrid systems and ANF in order to precisely estimate the frequency of a saturated sinusoid has been explored. This results in the introduction of a hybrid model of ANF (HANF) which is designed by taking into account the hybrid behavior of a saturated sinusoid and providing a hybrid model of ANF to cope with this hybrid behavior. Computer simulations demonstrate that the proposed HANF can provide accurate estimation, without any bias and variance, of the frequency of a saturated sinusoid. Keywords frequency estimation, saturated sinusoidal signal, hybrid observer, adaptive notch filter, hybrid systems.
خطرناکتر?ن نوع سرطان پوست، م?نومای بدخ?م است که در اثر رشد ب?رو?هی رنگدانههای پوستی ا?جاد میگردد و افزا?ش? 50 درصدی در هر دهه دارد. قطعی¬تر?ن راه برای تشخ?ص ا?ن سرطان مهلک?، نمونهبرداری از پوست است. نمونهبرداری که یک ?روش تهاجمی برای تشخ?ص ب?ماری است، دارای معا?ب عمده¬ای میباشد. از طرف دیگر چون شکل ظاهری م?نوما شب?ه به? ?شکل ظاهری دیگر امراض پوستی مانند خال می¬باشد؛ در بس?اری موارد ن?ازی به انجام عمل نمونهبرداری برای تشخ?ص ضا?عهی? ?ا?جاد شده روی پوست ن?ست. بههم?ن جهت استفاده از روشهای غ?رتهاجمی برای تشخ?ص ا?ن ب?ماری جایگز?ن مناسب?? ?برای حل ا?ن معضل میباشند. بهتر?ن روش موجود برای تشخ?ص ب?ماری م?نومای بدخ?م، روش تصو?ربرداری درماتوسکوپ?? ?میباشد. در ا?ن روش از ضا?عهی موردنظر بهوس?لهی دستگاه درماتوسکوپی عکسبرداری میشود و سپس ا?ن عکس توسط? ?متخصص پوست مورد تجز?ه و تحل?ل قرار می¬گیرد. اگرچه تصاو?ر درماتوسکوپی قابل?ت ز?ادی در تشخ?ص سر?ع م?نومای? ?بدخ?م دارند ولی تفس?ر آنها بس?ار وقتگ?ر بوده و وابسته به تبحر فرد متخصص است. بههم?ن دل?ل ع?قهمندی ز?ادی در استفاده? از س?ستمهای تشخ?ص به کمک کامپ?وتر و روشهای هوشمند برای تفس?ر تصاو?ر درماتوسکوپ? و تشخ?ص ب?ماری از روی ??آنها بهخصوص در سالهای اخ?ر بهوجود آمده است. در ا?ن تحق?ق، شبکه¬ی موجک? ?بهعنوان یک س?ستم هوشمند و براساس یک ?الگور?تم پ?شنهادی، بها?ن منظور مورد استفاده قرار می¬گیرد. این شبکه از خانواده¬ی شبکه¬های موجک رشته ثابت می¬باشد ?که برای تشکیل آن احت?اجی به آموزش شبکه نمیباشد. برای تشکیل شبکه، پس از نرمال?زاس?ون ورودیها، با انتخاب موجک ?مادر و ضرا?ب ش?فت و مق?اس آن توری موجک ?تشکیل میشود و سپس با دو مرحله غربالگری، موجک¬های پرنفوذ انتخاب ?میگردند. در نها?ت با اجرای الگور?تم حداقل مربعات متعامد تعداد و?ولونهای ??هی مخفی شبکه بههمراه وزن آنها تع??ن? میگردند. از ا?ن شبکه در سه مرحلهی حذف نو?ز، بخشبندی و تشخ?ص ب?ماری از تصاو?ر درماتوسکوپی استفاده میشود.? نو?زی که معمو? برروی تصاو?ر درماتوسکوپی ا?جاد میشود از نوع نو?ز ضربهای است که الگور?تم پ?شنهادی نتا?ج مناسب? در? حذف آن ارائه می¬دهد. پس از حذف نو?ز که به نوعی یک ?مرحلهی پ?شپردازش محسوب میشود، به بخشبندی و تع??ن مرز? ?ضا?عه پرداخته میشود که ا?ن کار ن?ز با شبکه¬ی موجک ?پ?شنهادی انجام میگ?رد. به منظور ارز?اب?، نتا?ج روش پشنهادی با? نتا?ج یک ?متخصص آس?بشناسی مقا?سه میشوند. در مرحلهی بعد با توجه به قانون ? ،ABCD?تعدادی و?ژگی استخراج میگردد،? ?سپس بهمنظور کاهش زمان محاسبات و همچن?ن افزا?ش دقت نتا?ج، تعداد و?ژگیها کاهش می?ابد. مرحلهی کاهش و?ژگی با? ?سه روش PCA،SFS ?و مشورت با متخصص پوست انجام میگ?رد که بهتر?ن نت?جه با روش SFS? حاصل میگردد. در نها?ت به? ?طبقهبندی? و تشخ?ص م?نوما پرداخته میشود که ا?ن مرحله ن?ز با بهرهگ?ری از شبکه¬ی موجک ?ارائه شده بهعنوان یک ?طبقهبندیکننده، انجام میگ?رد. م?زان دقت و حساس?ت الگور?تم پ?شنهادی در تشخ?ص سرطان م?نوما بهترت?ب برابر 93 و 94 درصد? ???میباشد. ?زم به ذکر است، در ا?ن تحق?ق از یک پایگاه داده¬ی معتبر برای جمع¬آوری تصاو?ر درماتوسکوپی استفاده گرد?ده و ?همچن?ن ا?ن پا?اننامه در قالب یک طرح پژوهشی برای مرکز تحق?قات پردازش سیگنال و تصو?ر پزشکی دانشگاه علوم پزشکی? ?اصفهان، انجام گرفته است.? کلمات کل?دی: شبکه¬ی موجک، توری موجک، حداقل مربعات متعامد، بخشبندی، استخراج و?ژگی، طبقهبندی کننده.?