The consumption of microbial-contaminated food and water is responsible for the deaths of millions of people annually. Smartphone-based microscopy systems are portable, low-cost, and more accessible alternatives for the detection of Giardia and Cryptosporidium than traditional brightfield microscopes. However, the images from smartphone microscopes are noisier and require manual cyst identification by trained technicians, usually unavailable in resource-limited settings. Automatic detection of (oo)cysts using deep-learning-based object detection could offer a solution for this limitation. We evaluate the performance of three state-of-the-art object detectors to detect (oo)cysts of Giardia and Cryptosporidium on a custom dataset that includes both smartphone and brightfield microscopic images from vegetable samples. Faster RCNN, RetinaNet, and you only look once (YOLOv8s) deep-learning models were employed to explore their efficacy and limitations. Our results show that while the deep-learning models perform better with the brightfield microscopy image dataset than the smartphone microscopy image dataset, the smartphone microscopy predictions are still comparable to the prediction performance of non-experts.


翻译:每年有数百万人因食用或饮用被微生物污染的水或食品而死亡,而基于智能手机的显微镜系统是一种便携式、低成本且更易于使用的方案,用于检测Giardia和Cryptosporidium,而不是传统的透射光显微镜。 然而,智能手机显微镜图像的噪声更大,需要被训练的技术人员手动识别孢子,通常在资源有限的地区不易获得。 基于深度学习的目标检测自动检测(孢子)可以为此提供解决方案。 我们评估了三种最先进的目标检测器的性能,以检测自定义数据集中Giardia和Cryptosporidium的(孢子),该数据集包括来自蔬菜样本的智能手机和透射光显微镜图像。 Faster RCNN,RetinaNet和you only look once (YOLOv8s)深度学习模型被应用于探索其有效性和局限性。 我们的研究结果显示,虽然深度学习模型在透射光显微镜图像数据集方面表现更佳,但智能手机显微镜预测仍可与非专家的预测性能相媲美。

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