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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire

Cross-Family U-Net Landmark Heatmap Regression For Butterfly Wings -- Context and Generalization by Grouping

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Akkawi, Jad ULiège
Promoteur(s) : Geurts, Pierre ULiège ; Marée, Raphaël ULiège
Date de soutenance : 30-jui-2025/1-jui-2025 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/23219
Détails
Titre : Cross-Family U-Net Landmark Heatmap Regression For Butterfly Wings -- Context and Generalization by Grouping
Auteur : Akkawi, Jad ULiège
Date de soutenance  : 30-jui-2025/1-jui-2025
Promoteur(s) : Geurts, Pierre ULiège
Marée, Raphaël ULiège
Membre(s) du jury : Van Droogenbroeck, Marc ULiège
Wehenkel, Louis ULiège
Debat, Vincent 
Langue : Anglais
Mots-clés : [en] Butterfly morphometrics
[en] landmark detection
[en] U-Net architecture
[en] anatomical landmark grouping
[en] cross-family generalization
[en] YOLOv8
[en] heatmap regression
[en] deep learning
[en] wing venation patterns
[en] landmark index matching
Discipline(s) : Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre > Sciences de la terre & géographie physique
Ingénierie, informatique & technologie > Sciences informatiques
Sciences du vivant > Biotechnologie
Public cible : Chercheurs
Professionnels du domaine
Etudiants
Grand public
Autre
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master : ingénieur civil en science des données, à finalité spécialisée
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] This thesis presents a novel approach to automated landmark detection on butterfly wings using deep learning techniques, addressing the challenge of cross-family generalization in morphometric analysis. Accurate landmark detection is essential for studying morphological variations in butterflies, but traditional manual annotation is time-consuming and impedes large-scale research. We propose several improvements to U-Net-based landmark detection through anatomically-informed grouping strategies and enhanced preprocessing. By integrating YOLOv8 for butterfly detection and cropping before landmark prediction, we significantly improve input quality. We explore multiple model configurations, comparing single-landmark versus multi-landmark channel approaches, different loss functions (MSE and FBCE), and varying input resolutions (256×256 and 512×512). Our experiments on specimens from the Papilionidae family demonstrate that anatomically-guided multi-landmark grouping achieves convergence four times faster than conventional approaches while maintaining comparable accuracy. Higher resolution models (512×512) show substantially improved precision when evaluated at original image scale.
Most importantly, our cross-family generalization experiments reveal that models trained on the combined Papilionidae and Morpho datasets with strategic landmark grouping and index matching successfully adapt to varying numbers of landmarks across butterfly families. These findings advance morphometric analysis capabilities in Lepidopterology and demonstrate the value of incorporating domain knowledge into neural network architecture design for biological feature detection tasks.


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Access Code for Cross-Family U-Net.zip
Description:
Taille: 110.44 kB
Format: Unknown
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Access Images for Cross-Family U-Net.zip
Description:
Taille: 3.64 MB
Format: Unknown

Auteur

  • Akkawi, Jad ULiège Université de Liège > Mast. ing. civ. sc. don. fin. spéc.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Van Droogenbroeck, Marc ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Télécommunications
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Wehenkel, Louis ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Méthodes stochastiques
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Debat, Vincent








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