Araştırma Makalesi

Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği

Cilt: 14 Sayı: 2 1 Haziran 2024
PDF İndir
TR EN

Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği

Öz

Bu çalışma, bakteriyel koloni sayımı ve sınıflandırması için edge-computing temelli, düşük maliyetli ve çok amaçlı bir modül geliştirmeyi amaçlamaktadır. Geleneksel koloni sayım yöntemleri zaman alıcı ve hata payı yüksek olduğundan, özellikle düşük yoğunluklu örneklerde doğruluk ve hassasiyet kaybına yol açar. Bu nedenle, mikrodenetleyici entegrasyonlu ve yapay zeka destekli bir sistem geliştirilmiştir. Çalışmada, Arduino Nano 33 BLE mikrodenetleyici ve 0.3MP OV7675 kamera modülü kullanılmıştır. Görüntü işleme süreçleri, bakteriyel kolonilerin segmentasyonu ve morfolojik işlemlerle daha iyi tanımlanması için Gaussian Blur ile Adaptif eşikleme teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kolonilerin etiketlenmesi ve özellik çıkarımı için, alan, çevre ve yoğunluk gibi özellikler analiz edilmiştir. Bakteriyel koloni sayımı ve sınıflandırma işlemleri için Convolutional Neural Networks (CNN) ve Support Vector Machines (SVM) gibi iki farklı yapay zeka algoritması bir arada kullanılmıştır. CNN, görüntülerin doğrudan işlenmesi ve özellik çıkarımı için derin öğrenme tabanlı bir yöntemken, SVM çıkarılan özelliklere dayalı olarak sınıflandırma gerçekleştiren bir makine öğrenimi algoritmasıdır. Bu iki algoritmanın kombinasyonu, bakteriyel koloni analizinde kolaylık sağlamıştır. Geliştirilen sistem, bakteri kolonisi sayılarını ve büyüme hızını zamanla izlemeye olanak tanımaktadır. Bu çalışmanın sonuçları, bakteriyel koloni sayımı ve sınıflandırma süreçlerinde daha hızlı ve izlenebilir sonuçlar elde etmek için mikrodenetleyici entegrasyonlu ve yapay zeka destekli bir sistemin önemini vurgulamaktadır.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. Albaradei, S. A., Napolitano, F., Uludag, M., Thafar, M., Napolitano, S., Essack, M., Bajic, V. B., & Gao, X. (2020). Automated counting of colony forming units using deep transfer learning from a model for congested scenes analysis. IEEE Access, 8, 164340–164346.
  2. Andreini, P., Bonechi, S., Bianchini, M., Mecocci, A., & Scarselli, F. (2018). A deep learning approach to bacterial colony segmentation. Artificial Neural Networks and Machine Learning–ICANN 2018: 27th International Conference on Artificial Neural Networks, Rhodes, Greece, October 4-7, 2018, Proceedings, Part III 27, 522–533.
  3. Aneja, K. R. (2007). Experiments in microbiology, plant pathology and biotechnology. New Age International. Bär, J., Boumasmoud, M., Kouyos, R. D., Zinkernagel, A. S., & Vulin, C. (2020). Efficient microbial colony growth dynamics quantification with ColTapp, an automated image analysis application. Scientific reports, 10(1), 16084.
  4. Chen, W.-B., & Zhang, C. (2009). An automated bacterial colony counting and classification system. Information Systems Frontiers, 11, 349–368.
  5. Choudhry, P. (2016). High-throughput method for automated colony and cell counting by digital image analysis based on edge detection. PloS one, 11(2), e0148469.
  6. Dönmez, S. İ., Needs, S. H., Osborn, H. M., Reis, N. M., & Edwards, A. D. (2022). Label-free 1D microfluidic dipstick counting of microbial colonies and bacteriophage plaques. Lab on a Chip, 22(15), 2820-2831.
  7. Durgun, Y. (2024). Classification of Starch Adulteration in Milk Using Spectroscopic Data and Machine Learning. International Journal of Engineering Research and Development, 16(1), 221-226. https://doi.org/10.29137/umagd.1379171
  8. Ferrari, A., Lombardi, S., & Signoroni, A. (2015). Bacterial colony counting by convolutional neural networks. 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 7458–7461.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Bilgisayar Yazılımı, Biyoişlem, Biyoüretim ve Biyoürünler, Endüstriyel Mikrobiyoloji

Bölüm

Araştırma Makalesi

Erken Görünüm Tarihi

28 Mayıs 2024

Yayımlanma Tarihi

1 Haziran 2024

Gönderilme Tarihi

9 Ocak 2024

Kabul Tarihi

12 Şubat 2024

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2024 Cilt: 14 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA
Durgun, Y., & Durgun, M. (2024). Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği. Journal of the Institute of Science and Technology, 14(2), 531-543. https://doi.org/10.21597/jist.1416788
AMA
1.Durgun Y, Durgun M. Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği. Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der. 2024;14(2):531-543. doi:10.21597/jist.1416788
Chicago
Durgun, Yeliz, ve Mahmut Durgun. 2024. “Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği”. Journal of the Institute of Science and Technology 14 (2): 531-43. https://doi.org/10.21597/jist.1416788.
EndNote
Durgun Y, Durgun M (01 Haziran 2024) Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği. Journal of the Institute of Science and Technology 14 2 531–543.
IEEE
[1]Y. Durgun ve M. Durgun, “Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği”, Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der., c. 14, sy 2, ss. 531–543, Haz. 2024, doi: 10.21597/jist.1416788.
ISNAD
Durgun, Yeliz - Durgun, Mahmut. “Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği”. Journal of the Institute of Science and Technology 14/2 (01 Haziran 2024): 531-543. https://doi.org/10.21597/jist.1416788.
JAMA
1.Durgun Y, Durgun M. Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği. Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der. 2024;14:531–543.
MLA
Durgun, Yeliz, ve Mahmut Durgun. “Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği”. Journal of the Institute of Science and Technology, c. 14, sy 2, Haziran 2024, ss. 531-43, doi:10.21597/jist.1416788.
Vancouver
1.Yeliz Durgun, Mahmut Durgun. Kenar Hesaplama Tabanlı, Mikrodenetleyici Entegreli, Çok Amaçlı ve Düşük Maliyetli Modül Geliştirilmesi: Bakteriyel Koloni Sayımı Örneği. Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der. 01 Haziran 2024;14(2):531-43. doi:10.21597/jist.1416788

Cited By