Towards Multi-Level Classification in Deep Plant Identification

Tesis de Graduación (Doctorado académico en Ingeniería) Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2018.In the last decade, automatic identification of organisms based on computer vision techniques has been a hot topic for both biodiversity scientists and machine learning specialists. Early on, plants became particularly attractive as a subject of study for two main reasons. On the one hand, quick and accurate inventories of plants are critical for biodiversity conservation; for example, they are indispensable in conducting ecosystem inventories, defining models for environmental service payments, and tracking populations of invasive plant species, among others. On the other hand, plants are a more tractable group than, for instance, insects. First of all, the number of species is smaller (around 400,000 compared to more than 8 million). Secondly, they are better understood by the scientific community, particularly with respect to their morphometric features. Thirdly, there are large, fast growing databases of digital images of plants generated by both scientists and the general public. Finally, an incremental approach based first on "flat elements" such as leaves and then the whole plant made it feasible to use computer vision techniques early on. As a result, even mobile apps for the general public are available nowadays. This document presents the key results obtained while tackling the general problem of fully automating the identification of plant species based solely on images. It describes the key findings in a research path that started with a restricted scope, namely, identification of plants from Costa Rica by using a morphometric approach that considers images of fresh leaves only. Then, species from other regions of the world were included, but still using hand-crafted feature extractors. A key methodological turn was the subsequent use of Deep Learning techniques on images of any components of a plant. Then we studied and compared the accuracy of a Deep Learning approach to do identifications based on datasets of images of fresh plants and compared it with datasets of herbarium sheet images for the first time. Among the results obtained during this research, potential biases in automatic plant identification dataset were found and characterized. Feasibility of doing transfer learning between different regions of the world was also proven. Even more importantly, it was for the first time demonstrated that herbarium sheets are a good resource to do identifications of plants mounted on herbarium sheets, which provides additional levels of importance to herbaria around the globe. Finally, as a culmination of this research path, this document presents the results of developing a novel multi-level classification approach that uses knowledge about higher taxonomic levels to carry out not only family and genus level identifications but also to try to improve the accuracy of species level identifications. This last step focuses on the creation of a hierarchical loss function based on known plant taxonomies, coupled with multilevel Deep Learning architectures to guide the model optimization with the prior knowledge of a given class hierarchy.En la última década, la identificación automática de organismos basada en técnicas de visión artificial ha sido un tema popular tanto entre los científicos de la biodiversidad como para los especialistas en aprendizaje automático. Al principio, las plantas se volvieron particularmente atractivas como tema de estudio por dos razones principales. Por un lado, los inventarios rápidos y precisos de plantas son críticos para la conservación de la biodiversidad; por ejemplo, son indispensables para realizar inventarios de ecosistemas, definir modelos para pagos de servicios ambientales y rastrear poblaciones de especies de plantas invasoras, entre otros. Por otro lado, las plantas son un grupo más manejable que, por ejemplo, los insectos. En primer lugar, la cantidad de especies es menor (alrededor de 400,000 en comparación con más de 8 millones de insectos). En segundo lugar, la comunidad científica las comprende mejor, en particular con respecto a sus características morfométricas. En tercer lugar, existen grandes bases de datos de imágenes digitales de plantas generadas tanto por científicos como por el público en general. Finalmente, un enfoque incremental basado primero en "elementos planos" como hojas y luego en toda la planta hizo posible el uso de técnicas de visión por computadora desde el principio. Como resultado, incluso las aplicaciones móviles para el público en general están disponibles en la actualidad. Este documento presenta los resultados clave obtenidos mientras se aborda el problema general de automatizar por completo la identificación de especies de plantas basándose únicamente en imágenes. Describe los hallazgos clave en un camino de investigación que comenzó con un alcance restringido, a saber, la identificación de plantas de Costa Rica mediante el uso de un enfoque morfométrico que considera imágenes de hojas frescas solamente. Luego, se incluyeron especies de otras regiones del mundo, pero todavía se utilizaban extractores de características hechos a mano. Un giro metodológico clave fue el uso posterior de técnicas de aprendizaje profundo (deep learning) en imágenes de cualquier componente de una planta. Luego, estudiamos y comparamos la exactitud de un enfoque de aprendizaje profundo para realizar identificaciones basadas en conjuntos de datos de imágenes de plantas frescas y las comparamos con conjuntos de datos de imágenes de hojas de herbario por primera vez. Entre los resultados obtenidos durante esta investigación, se encontraron y caracterizaron posibles sesgos en el conjunto de datos de identificación automática de plantas. La viabilidad de hacer un aprendizaje de transferencia (transfer learning) entre diferentes regiones del mundo también se demostró. Aún más importante, por primera vez se demostró que las láminas de herbario son un buen recurso para hacer identificaciones de plantas montadas sobre láminas de herbario, lo que proporciona niveles adicionales de importancia para herbarios en todo el mundo. Finalmente, como una culminación de este camino de investigación, este documento presenta los resultados del desarrollo de un nuevo enfoque de clasificación multi-nivel (multi-level) que utiliza el conocimiento sobre niveles taxonómicos superiores para llevar a cabo identificaciones a nivel de familia y género, y también para tratar de mejorar la exactitud de identificaciones a nivel de especie. Este último paso se centra en la creación de una función de pérdida jerárquica basada en taxonomías de plantas conocidas, junto con arquitecturas de aprendizaje profundo de niveles múltiples para guiar la optimización del modelo con el conocimiento previo de una jerarquía de clases dada

On the Significance of Leaf Sides in Automatic Leaf-based Plant Species Identification

Because the front side of a leaf and the underside are functionally very different – the former captures sunlight to produce photosynthesis and the latter absorbs carbon dioxide and releases oxygen and vapor – they typically have different visual features. In this paper we study the significance of leaf sides in visual recognition systems for automatic plant species identification. We measure the accuracy of species identifications with a dataset of 63 species of trees from Costa Rica that includes pictures of both, front sides and undersides of tree leaves. The dataset is used as a global dataset and is also partitioned as two datasets: one of front side pictures and one of underside pictures. Training and testing of different algorithms is performed and their accuracies computed for the group of species and for each individual species. For the tested dataset, leaf side is a significant factor for automatic plant species identification. On the average, and for most cases, underside pictures lead to more accurat

Herramienta software para el aprendizaje de la generación de la cardiode en un entorno AutoCAD

This article presents a novel application which has been developed in Visual LISP for an AutoCAD environment, and which shows intuitively and quickly the generation of the Cardioid curve in five different ways (conchoid of a circumference, pedal curve of a circumference, inverse of a parabola, orthoptic curve of a circumference and epicycloid of a circumference). This cyclic curve has a large number of artistic and technical applications, among them the profile of some cams

Neuropatia clinica en un ovino. Estudio de caso - Clinical neuropathy in a sheep. Case study

El objetivo del presente estudio de caso de neuropatía fue establecer y diferenciar el origen de procesos similares ocurridos en un rebaño ovino, en los que existía un diagnóstico preciso de la enfermedad. Se realizó el estudio clínico patológico en un ovino con un cuadro neurológico severo, el cual se evaluó mediante imagenología, procedimientos clínicos y estudios de laboratorio. Al realizar y evaluar las placas radiológicas, la imagen en su vista dorso ventral posterior se aprecio una imagen radio densa en el hemisferio derecho, con múltiples áreas radio lucidas irregulares en el hemisferio izquierdo correspondientes a vesículas de Coenurus cerebralis con un tamaño aproximado de 2.0 a 4.5 cm. Las lesiones macroscópicas fueron hidrocefalia, atrofia por presión y zonas de leucomalacia provocadas por el efecto compresivo del Coenurus; El cuadro neurológico asociado a C. cerebralis en ovinos apoyado del estudio radiológico, serodiagnóstico y posmortem confirman la cestodiasis, para la cual deben tomarse medidas de prevención y control parasitario en las especies involucradas

Herramientas CAD/CAE en la caracterización tecnológica del Patrimonio Histórico Industrial: Aplicación a una prensa de aceite de oliva

[ES] El olivo con su fruto, la aceituna, ha sido a lo largo de la historia un cultivo que por su importancia ha generado una extensa cultura a lo largo del mar Mediterráneo. Desde la época del antiguo Egipto hasta nuestros días, su transformación para el consumo de la aceituna, tanto de mesa como grasa vegetal, ha evolucionado de la mano de las técnicas coetáneas conocidas. En cuanto a la obtención de aceite de oliva, el prensado del fruto o de la pasta conseguida previa molienda, es un punto crítico dentro de su elaboración. Este proceso es el objetivo de la presente comunicación donde se presentará un análisis tecnológico de una prensa de aceite. Con ello, se espera alcanzar un mayor grado de profundidad de conocimiento de las técnicas empleadas en el sector del aceite de oliva.[EN] The olive tree with its fruit, the olive, has been throughout history a culture whose importance has generated a widespread culture along the Mediterranean Sea. Since the days of ancient Egypt until today, its transformation to the consumption of olives, table olives or vegetable fat, has evolved hand in hand with contemporary techniques known. As for obtaining olive oil, fruit or the pressing of the pulp obtained after milling, is a critical point in its manufacture. This process is the goal of this communication which will present a technical analysis of an oil press. This is expected to achieve greater depth of knowledge of the techniques employed in the sector of olive oil.Ministerio de Ciencia e Innovación (HAR2009-06943), Ministerio de Educación (programa FPU)Rojas-Sola, JI.; Castro García, M.; Carranza Cañadas, MDP.; Contreras Anguita, FJ. (2015). Herramientas CAD/CAE en la caracterización tecnológica del Patrimonio Histórico Industrial: Aplicación a una prensa de aceite de oliva. Virtual Archaeology Review. 4(8):69-73. https://doi.org/10.4995/var.2013.4321OJS697348ROJAS SOLA, Jose Ignacio (2005): "Ancient technology and Computer-Aided Design: olive oil production in Southern Spain", en Interdisciplinary Science Reviews, no 30(1), pp. 59-67.ROJAS SOLA, Jose Ignacio y RAMIREZ ARRAZOLA, Carlos (2011): "Engineering graphics applied to the study of old methods of olive oil production", en Scientific Research and Essays, no 6(11), pp. 2379-2388.ROJAS SOLA, Jose Ignacio y CASTRO GARCIA, Miguel (2011): "Overview of the treatment of historical industrial heritage in engineering graphics", en Scientific Research and Essays, no 6(29), pp. 6717-6729.VON MISES, Richard Edler (1928): "Mechanik der plastischen formanderung der kristallen", en Journal of Applied Mathematics and Mechanics, no 8, pp. 85-161

Initial psychometric evidence from a scale of mistreatment of thesis advisor (EMAT)

Introducción: La creación de instrumentos de medición son aportes significativos para la medición y el avance de la investigación científica. Objetivo: Diseñar y validar una Escala de Maltrato al Asesorado de Tesis (EMAT) en una muestra de tesistas peruanos. Métodos: Estudio de diseño instrumental donde se diseñó y se validó una escala de 20 ítems distribuidos en 3 factores (asesor, jurado y administrativos). Tuvo la participación de 274 tesistas(61,7% mujeres). Para analizar la evidencia de validez basada en el contenido se utilizó el coeficiente V de Aiken, para la validez de constructo se recurrió al análisis factorial confirmatorio y la confiabilidad fue estudiada a través del coeficiente omega. Resultados: Se obtuvieron propiedades psicométricas adecuadas. Los 20 ítems de la EMAT recibieron una evaluación favorable a través del juicio de expertos, el análisis factorial confirmatorio apoya la estructura interna de 3 factores, reportando índices de bondad de ajuste satisfactorios, además, la correlación entre los factores fue significativa (p < 0,05) y la confiabilidad aceptable. Conclusión: La EMAT es válida y confiable para medir el maltrato hacia el asesorado de tesis.Introduction: The creation of measurement instruments are significant contributions to themeasurement and advancement of scientific research.Objective: To design and validate a Thesis Advisor Abuse Scale (EMAT) in a sample of Peruvianthesis students.Methods: Instrumental design study where a scale of 20 items distributed in 3 factors (advisor,jury and administrative) was designed and validated. It had the participation of 274 thesisstudents (61.7% women). The Aiken V coefficient was used to analyze the evidence of content-based validity, the confirmatory factor analysis was used for construct validity, and reliabilitywas studied through the Omega coefficient.Results: Adequate psychometric properties were obtained. The 20 items of the EMAT receiveda favorable evaluation through expert judgment, the confirmatory factor analysis supports theinternal structure of 3 factors, reporting satisfactory goodness-of-fit índices, in addition, thecorrelation between factors was significant (P<.05) and the reliability acceptable.Conclusion: The EMAT is valid and reliable for measuring mistreatment of the thesis advisor.Campus Arequip

Hemorragia subaracnoidea como complicación de trombólisis endovenosa en una paciente con accidente cerebro vascular isquémico.

Subarachnoid hemorrhage is a very rare complication of thrombolytic therapy. We report the case of a 76-year- old mestizo woman with a pacemaker, admitted to the emergency room due to compromised consciousness, walking difficulties and dysarthria. She reported a history of poorly controlled hypertension, hypothyroidism, and numerous surgical interventions. Based on a non-contrast Multislice Computed Tomography (MSCT) of the brain and the clinical manifestations, a diagnosis of ischemic stroke was established. Thrombolytic therapy with alteplase was immediately started and another non-contrast MSCT brain scan, performed three hours later, identified a subarachnoid hemorrhage as a treatment complication. Twenty-four hours later, a CT angiography confirmed an ischaemic stroke with hemorrhagic transformation, without the presence of a ruptured aneurysm. The patient was admitted to ICU, remaining in observation with permanent control of vital signs, and discharged after 20 days. the patient was discharged. The identification and reporting of this unusual complication contribute to a better understanding and diagnosis of the case.La hemorragia subaracnoidea es una complicación muy infrecuente del tratamiento trombolítico. Se presenta el caso de una paciente mestiza de 76 años portadora de marcapasos que ingresó a emergencia con manifestaciones de trastorno de conciencia, dificultad para la marcha y disartria. Como antecedentes relevantes, reportó hipertensión arterial mal controlada, hipotiroidismo y numerosas intervenciones quirúrgicas. Sobre la base de Tomografia cerebral Espiral Multicorte (TEM) sin contraste y de las manifestaciones clínicas, se estableció un diagnóstico de accidente cerebrovascular (ACV) isquémico. Se inició inmediatamente terapia trombolítica con alteplasa (rt-PA) y a las 3 horas postratamiento se realizó una TEM cerebral control sin contraste que permitió identificar hemorragia subaracnoidea (HSA) como complicación del tratamiento. Un Angio-TEM efectuado 24 horas después confirmó ACV isquémico con transformación hemorrágica, sin presencia de aneurisma roto. La paciente fue admitida a la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI), quedando en observación y con control permanente de signos vitales; a los 20 días fue dada de alta. La identificación y reporte de esta muy poco usual complicación contribuyen a una mejor comprensión y diagnóstico del caso

The role of innovation adoption and circular economy readiness on the environmental sustainability: moderating impact of organizational support

Environmental sustainability is currently the most critical demand on a global scale, and it may be reached through innovation and a circular economy. This component demands the aim of policymakers and researchers. Therefore, this study investigates the effect of innovation adoption and circular economy readiness on Peru's environmental sustainability. The research also examines the moderating effect of organizational support on innovation adoption, preparation for the circular economy, and environmental sustainability in Peru. Using questionnaires, the researchers collected and evaluated the data using smart PLS. The results demonstrated a positive relationship between innovation adoption, circular economy readiness, and environmental sustainability in Peru. The results also demonstrated that organizational support moderates’ innovation uptake, preparation for the circular economy, and environmental sustainability in Peru. The research aids policymakers in formulating environmental sustainability strategies based on innovation uptake and circular economy preparedness.Campus Chimbot

Genotyping low-grade gliomas among hispanics

Q2164-172Background. Low-grade gliomas (LGGs) are classified by the World Health Organization as astrocytoma (DA), oligodendroglioma (OD), and mixed oligoastrocytoma (OA). TP53 mutation and 1p19q codeletion are the most-commonly documented molecular abnormalities. Isocitrate dehydrogenase (IDH) 1/2 mutations are frequent in LGGs; however, IDH-negative gliomas can also occur. Recent research suggests that ATRX plays a significant role in gliomagenesis. Methods. We investigated p53 and Olig2 protein expression, and MGMT promoter methylation, 1p19q codeletion, IDH, and ATRX status in 63 Colombian patients with LGG. The overall survival (OS) rate was estimated and compared according to genotype. Results. The most common histology was DA, followed by OD and OA. IDH1/2 mutations were found in 57.1% and MGMT+ (positive status of MGMT promoter methylation methyl-guanyl-methyl-transferase gene) in 65.1% of patients, while overexpression of p53 and Olig2 was present in 30.2% and 44.4%, respectively, and 1p19q codeletion in 34.9% of the patients. Overexpression of ATRX was analyzed in 25 patients, 16% tested positive and were also mutations in isocitrate dehydrogenase and negative 1p19q-codelition. The median follow-up was 15.8 months (95% CI, 7.6–42.0) and OS was 39.2 months (95% CI, 1.3–114). OS was positively and significantly affected by MGMT+, 1p19q codeletion, surgical intervention extent, and number of lobes involved. Multivariate analysis confirmed that MGMT methylation status and 1p19q codeletion affected OS. Conclusions. This is the first study evaluating the molecular profile of Hispanic LGG patients. Findings confirmed the prognostic relevance of MGMT methylation and 1p19q codeletion, but do not support IDH1/2 mutation as a relevant marker. The latter may be explained by sample size and selection bias. ATRX alterations were limited to patients with DA and were mutations in isocitrate dehydrogenase and negative 1p19q-codelition

Características epidemiológicas de receptores de trasplante cardiaco en el Perú, 2010-2020

Objective. To evaluate the epidemiological, clinical, surgical, pathological characteristics and outcomes in the follow-up of heart transplant recipients at the National Cardiovascular Institute during 2010-2020. Material and methods. A retrospective descriptive study was performed by reviewing the medical records of patients undergoing heart transplantation at a national referral center, describing the clinical, surgical, laboratory, pathology characteristics and survival of patients up to 10 years of follow-up. Results. Eightysix patients were transplanted in 10 years, the median age was 41 years (RIQ 28-56), being predominantly male (66.3%). The three leading causes of indication for heart transplantation were: dilated cardiomyopathy (48.9%), ischemic heart disease (17.4%), and myocarditis (6.9%). Total ischemia time was 160 minutes (RIQ 129.7-233.5). Survival at one, five, and ten years was 84.8%, 73.6%, and 65.7% respectively. The main cause of death was non-cardiac: infectious (39.1%) and of unknown origin (26%). Conclusions. The main etiology of heart failure in heart transplant recipients in Peru in recent years was nonischemic dilated cardiomyopathy. We observed that the survival rate was similar to that of international registries; however, the rate of mortality due to infectious causes and death of unknown origin is high, which poses a challenge in the management of post-transplant patients.Objetivo. Evaluar las características epidemiológicas, clínicas, quirúrgicas, patológicas y desenlaces en el seguimiento de los pacientes receptores de trasplante cardiaco en el Instituto Nacional Cardiovascular durante 2010-2020. Materiales y métodos. Estudio retrospectivo descriptivo de pacientes sometidos a trasplante cardiaco en un centro de referencia nacional, se describen las características clínicas, quirúrgicas, de laboratorio, de patología y la supervivencia de los pacientes hasta los 10 años de seguimiento. Resultados. Ochenta y seis pacientes fueron trasplantados en 10 años, la mediana de edad fue de 41 años (RIQ 28-56), con predominancia de varones (66,3%). Las tres primeras causas de indicación de trasplante cardiaco fueron: cardiomiopatía dilatada (48,9%), cardiopatía isquémica (17,4%) y miocarditis (6,9%). El tiempo de isquemia total fue de 160 min (RIQ 129,7-233,5). La sobrevida al año, cinco y diez años fue de 84,8%, 73,6% y 65,7%, respectivamente. La principal causa de muerte fue la infecciosa (39,1%) y de origen desconocido (26%). Conclusiones. La principal etiología de la insuficiencia cardiaca en el receptor de trasplante cardiaco en el Perú, en los últimos años, fue la cardiomiopatía dilatada no isquémica. Se observa que la tasa de sobrevida fue similar a la de registros internacionales; sin embargo, la tasa de mortalidad de causa infecciosa y muerte de origen desconocido es alta, lo cual plantea un desafío en el manejo de los pacientes postrasplante