https://hdl.handle.net/10259/2713 Mon, 11 May 2026 14:41:39 GMT 2026-05-11T14:41:39Z https://hdl.handle.net/10259/11593 Visión inteligente para la detección de defectos en la industria textil Gil Arroyo, Beatriz La presente tesis doctoral, desarrollada en el marco del grupo de investigación Grupo de Inteligencia Computacional APlicada (GICAP) de la Universidad de Burgos (UBU), se centra en la aplicación de técnicas de Inteligencia Artificial (IA), concretamente Deep Learning (DL), al control de calidad en la industria textil, con especial atención a la detección automática de defectos en tejidos Batavia y Sarga. Este trabajo se enmarca en la línea de investigación impulsada por el proyecto europeo Deep lEarning for automatiC tExtile iNspecTion (DECENT), en el que participan Investigación Asesoramiento y Desarrollo Textil (Inade), la UBU y el Digital Innovation Hub on Livestock, Environment, Agriculture & Forest (DIH-LEAF) dentro de la segunda convocatoria DIH-WORLD del programa Horizon 2020. Dicho proyecto impulsó la línea de investigación y proporcionó los recursos necesarios para el desarrollo del dataset, la experimentación y el modelado de la visión artificial. El objetivo general de esta tesis es desarrollar, analizar y evaluar la aplicación de técnicas de DL para la detección automatizada de defectos en tejidos, proporcionando un sistema más objetivo y consistente que la inspección manual, que sirva como base para futuras aplicaciones industriales. La metodología se diseñó para garantizar resultados realistas y robustos. Se comenzó con la adquisición de 2.755 imágenes de tejido Batavia y 1.548 de tejido Sarga, ambos en escala de grises (2048 x 696 píxeles), capturadas en condiciones reales de producción. Tras el preprocesamiento (conversión de 16 a 8 bits y segmentación en más de 47.000 patches), se aplicaron dos estrategias de modelado: 1. Estrategia Convolutional Neural Network (CNN) Pura: Evaluación de diversas arquitecturas CNN, incluyendo Visual Geometry Group (VGG) (VGG16 y VGG19), Inception (InceptionV3), Residual Network (ResNet) (ResNet50V2 y ResNet101), Extreme Inception (Xception), Densely Connected Convolutional Network (DenseNet) (DenseNet121) y EfficientNet (B0 y B3) para identificar el mejor desempeño por cada tipo de tejido. 2. Estrategia Híbrida Autoencoder (AE) + CNN: Propuesta metodológica en dos etapas: en la primera fase, un AE no supervisado identificó imágenes potencialmente anómalas, facilitando la labor de etiquetado de los expertos y optimizando la eficiencia del dataset. En la segunda fase, los modelos CNN se entrenaron con todo el dataset, aunque los resultados se presentan sobre el subconjunto de imágenes anómalas, mostrando un desempeño notable en la detección de defectos. Los resultados, presentados en las tres publicaciones que conforman el compendio de la tesis doctoral, validan la hipótesis planteada: el uso de técnicas de DL es viable y supera a la inspección manual, proporcionando un sistema más objetivo, repetible y escalable. El primer artículo describe la creación y publicación del dataset curado, constituyendo un benchmark abierto. El segundo analiza la eficacia de distintas arquitecturas CNN en la detección automática de defectos. El tercero profundiza en la metodología híbrida AE + CNN, alcanzando métricas Area Under the Receiver Operating Characteristic Curve (AU-ROC) de hasta 0,97 en la referencia Sarga 43105, lo que evidencia la robustez del enfoque incluso en muestras complejas. En conjunto, este trabajo impulsa la transferencia de conocimiento al sector industrial y sienta las bases para la implantación de sistemas de control de calidad más objetivos, rápidos y automatizados, contribuyendo así al avance de la industria textil hacia los estándares de la Industria 4.0.; This doctoral thesis, developed within the research group GICAP at the UBU, focuses on the application of IA techniques, specifically DL, for quality control in the textile industry, with a particular emphasis on the automated detection of defects in Batavia and Sarga fabrics. This work is framed within the research line promoted by the European project DECENT, in which Inade (Textile Research, Advice and Development), UBU, and DIH-LEAF participate, under the second DIH-WORLD call of the Horizon 2020 program. This project promoted the research line and provided the necessary resources for dataset development, experimentation, and computer vision modeling. The general objective of this thesis is to develop, analyze, and evaluate the application of DL techniques for the automated detection of defects in fabrics, providing a more objective and consistent system than manual inspection, which can serve as a basis for future industrial applications. The methodology was designed to ensure realistic and robust results were obtained. The study began with the acquisition of 2,755 Batavia fabric images and 1,548 Sarga fabric images, both in grayscale (2048 × 696 pixels), captured under real production conditions. After preprocessing (conversion from 16 to 8 bits and segmentation into over 47,000 patches), two modeling strategies were applied: Pure CNN Strategy: Evaluation of various CNN architectures, including VGG (VGG16 and VGG19), Inception (InceptionV3), ResNet (ResNet50V2 and ResNet101), Xception, DenseNet (DenseNet121), and EfficientNet (B0 and B3) to identify the best performance for each type of fabric. Hybrid Autoencoder (AE) + CNN Strategy: Two-stage methodological proposal: in the first phase, an unsupervised AE identified potentially anomalous images, facilitating expert labeling and optimizing dataset efficiency. In the second phase, the CNN models were trained with the entire dataset, although the results were reported on a subset of anomalous images, showing remarkable performance in defect detection. The results, presented across the three publications that comprise the thesis compendium, validate the proposed hypothesis: the use of DL techniques is feasible and outperforms manual inspection, providing a more objective, repeatable, and scalable system. The first article describes the creation and publication of a curated dataset, establishing an open benchmark. The second analyzes the effectiveness of different CNN architectures for automated defect detection. The third focuses on the hybrid AE + CNN methodology, achieving AU-ROC metrics of up to 0.97 on the Sarga 43105 reference, demonstrating the robustness of the approach even for complex samples. Overall, this study promotes knowledge transfer to the industrial sector and lays the foundation for the implementation of more objective, fast, and automated quality control systems, thus contributing to the advancement of the textile industry towards Industry 4.0 standards. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/10259/11593 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/10259/11589 Enfoques didácticos para la enseñanza de la Educación Ambiental: incorporando la ciencia ciudadana a la Didáctica de las Ciencias Experimentales Díez Ojeda, María Las investigaciones de esta Tesis Doctoral se han realizado en el contexto de la asignatura de Educación Ambiental perteneciente al Área de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Se trata de una asignatura optativa semestral orientada al alumnado de Grado en Maestro/a en Educación Primaria y Grado en Maestro/a en Educación Infantil. Para llevar a cabo los distintos estudios, se han diseñado previamente programas específicos que permiten lograr los objetivos y el desarrollo de las habilidades que se definen en la guía docente de la asignatura. Para ello, se han tenido en cuenta en todo momento los objetivos de la educación ambiental promulgados desde la UNESCO: proporcionar conocimientos sobre el medio ambiente biofísico, con sus complejidades intrínsecas y sus problemas, y lograr personas conscientes de cómo abordar la resolución de problemas, motivadas y responsables. En el primer estudio se realiza una investigación cualitativa sobre el conocimiento y apreciación del futuro profesorado sobre el uso educativo de la ciencia ciudadana. Esta investigación pone de manifiesto el gran desconocimiento del término ciencia ciudadana. Sin embargo, se percibe como una herramienta con un gran potencial didáctico cuya integración curricular produciría efectos muy beneficiosos en el desarrollo de las competencias generales del alumnado. El segundo estudio consiste en un análisis cuantitativo sobre el cambio en las actitudes ambientales tras la implementación de un programa de formación que incorpora actividades de ciencia ciudadana. Los hallazgos de esta investigación revelaron que se produjo una mejora de las actitudes ambientales del alumnado participante en todas las dimensiones de Preservación y Utilización. Por último, en el tercer estudio, se da un paso más en la concepción de la Educación Ambiental como Educación para el Desarrollo Sostenible, integrando como estrategia didáctica el Aprendizaje y servicio. Se realizó un análisis cuantitativo sobre el cambio en las actitudes hacia el Desarrollo Sostenible. Los hallazgos evidenciaron una mejora de las actitudes hacia el Desarrollo Sostenible en cada una de las dimensiones: Medioambiente, Economía, Sociedad y Educación. Así pues, esta tesis doctoral contribuye a la literatura científica en la Didáctica de las Ciencias Experimentales a través de los estudios realizados, que complementan la escasez de estudios existentes sobre la temática. Además, genera una línea de desarrollo de un marco metodológico para la integración curricular de la Educación Ambiental y la Educación para el Desarrollo Sostenible. Por último, como aporte para el profesorado, se describen las actividades desarrolladas a lo largo de la investigación, que pueden servir de guía para la elaboración de programas para la asignatura de Educación Ambiental.; The research for this Doctoral Thesis was conducted within the context of the Environmental Education course within the Experimental Science Teaching Area. This is a semester-long elective course aimed at primary and early childhood education students. To carry out the various studies, specific programs were previously designed to achieve the objectives and develop the skills defined in the course's teaching guide. To this end, the objectives of environmental education promulgated by UNESCO were consistently considered: to provide knowledge about the biophysical environment, with its intrinsic complexities and problems, and to develop individuals who are aware of how to approach problem-solving, motivated, and responsible. The first study conducted a qualitative study on prospective teachers' knowledge and appreciation of the educational use of citizen science. This research highlights the widespread lack of awareness of the term "citizen science." However, it is perceived as a tool with great educational potential, whose curricular integration would produce highly beneficial effects on the development of students' general competencies. The second study consists of a quantitative analysis of the change in environmental attitudes following the implementation of a training program that incorporates citizen science activities. The findings of this research revealed an improvement in the environmental attitudes of participating students in all dimensions of Preservation and Utilization. Finally, the third study takes a further step in the conception of Environmental Education as Education for Sustainable Development, integrating Service Learning as a teaching strategy. A quantitative analysis was conducted on the change in attitudes toward Sustainable Development. The findings showed an improvement in attitudes toward Sustainable Development in each of the dimensions: Environment, Economy, Society, and Education. Thus, this doctoral thesis contributes to the scientific literature on Experimental Science Teaching through the studies conducted, which complement the scarcity of existing studies on the subject. Furthermore, it provides a framework for developing a methodological framework for curricular integration of Environmental Education and Education for Sustainable Development. Finally, as a contribution for teachers, the activities developed throughout the research are described, which can serve as a guide for developing programs for the subject of Environmental Education. Tesis con Mención Internacional Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/10259/11589 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/10259/11083 Naturaleza de STEM: marco teórico, diseño instrumental y propuesta didáctica integrada Martínez Martínez, Víctor En los últimos años, se ha detectado en el ámbito educativo una profunda necesidad de una enseñanza más contextualizada y orientada a la resolución de problemas reales y alienada con los retos del siglo XXI. Así, se han establecido internacionalmente reformas curriculares que impulsan enfoques competenciales y conectados con la realidad. En este contexto, la competencia STEM ha emergido como una herramienta esencial para afrontar los grandes retos contemporáneos. Sin embargo, persisten tensiones en su abordaje, como la fragmentación del conocimiento, una visión tecnocrática centrada en la empleabilidad, la escasa atención a las dimensiones críticas del saber científico y una creciente desconfianza social hacia la ciencia que refuerzan la urgencia de una alfabetización científica crítica e integrada. En primer lugar, esta investigación avanza en el concepto de Naturaleza de STEM, empleándolo como una perspectiva para repensar la enseñanza de las ciencias en contextos educativos contemporáneos. Esta perspectiva auna aportes del enfoque Ciencia-Tecnología-Sociedad, la Naturaleza de la Ciencia y la educación STEM integrada. En segundo lugar, se desarrolla un itinerario metodológico orientado al diseño, validación y aplicación de dos instrumentos mixtos de evaluación bajo la perspectiva NoSTEM. Este proceso se materializa en dos herramientas complementarias, EPISTEMIK-Fire y EPISTEMIKMeteo, que permiten explorar las concepciones del alumnado sobre problemáticas sociocientíficas reales. Finalmente, se diseña, implementa y evalúa una propuesta didáctica integrada basada en la ecología del fuego, mostrando avances significativos en las concepciones sobre la NoSTEM del grupo experimental. Esta investigación contribuye al desrrollo de la educación STEM integrada para la enseñanza de las ciencias contemporánea, ofreciendo aportes teóricos, metodológicos y prácticos que responden a las exigencias de la alfabetización científica actual.; In recent years, a deep need has been identified within the educational field for a more contextualized form of teaching, oriented toward real-world problem solving and aligned with the challenges of the 21st century. As a result, international curricular reforms have been established to promote competencybased approaches that are connected to reality. In this context, STEM competence has emerged as an essential tool for addressing major contemporary challenges. However, tensions persist in its implementation, such as the fragmentation of knowledge, a technocratic vision focused on employability, limited attention to the critical dimensions of scientific knowledge, and a growing public distrust in science. These issues reinforce the urgency of fostering a critical and integrated scientific literacy. Firstly, this research advances the concept of the Nature of STEM, using it as a perspective that rethinks science education in contemporary educational contexts. This perspective integrates contributions from the ScienceTechnology-Society (STS) approach, the Nature of Science (NOS), and integrated STEM education. Secondly, a methodological pathway is developed for the design, validation, and application of two mixed-method assessment instruments based on the NoSTEM perspective. This process results in two complementary tools, EPISTEMIK-Fire and EPISTEMIK-Meteo, which allow for the exploration of students’ conceptions regarding real socioscientific issues. Finally, an integrated didactic proposal based on fire ecology is designed, implemented, and evaluated, showing significant improvements in the NoSTEM-related conceptions of the experimental group. This research contributes to the development of integrated STEM education for contemporary science teaching by offering theoretical, methodological, and practical contributions that respond to the current demands of scientific literacy Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/10259/11083 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/10259/10810 La promoción de espacios inclusivos de aprendizaje a través de enfoques de enseñanza STEAM integrados García Terceño, Eva María Mejorar los niveles de alfabetización científica de la ciudadanía se ha convertido en uno de los retos más importantes en nuestros días. Sin embargo, este objetivo se sitúa en el plano de la utopía si no se acompaña de una apuesta firme por democratizar el aprendizaje de las ciencias experimentales desde las escuelas, a través de la promoción de espacios educativos inclusivos. Ante este reto, la presente tesis doctoral se plantea con el objetivo de contribuir a despejar el camino idealmente marcado hacia el desarrollo de competencias científicas desde la escuela primaria. Para ello, se ha diseñado, implementado y evaluado una propuesta didáctica basada en la educación STEAM integrada en la que se incorporan las estrategias didácticas recomendadas desde la literatura científica acordes con este enfoque de enseñanza, así como aquellas relacionadas con la generación de prácticas de aula inclusivas. Todas ellas aunadas y coordinadas en un modelo teóricometodológico diseñado específicamente para este fin.; Improving levels of scientific literacy in the general population has become one of the most important challenges of our day. However, if it is not accompanied by a firm commitment to democratize the learning of science within schools, through the promotion of inclusive educational spaces, then that objective will remain at a Utopian level. Facing that challenge, the present doctoral thesis is proposed with the objective of contributing to clearing the path that has ideally been marked out towards the development of scientific competences from primary school onwards. To do so, a didactic proposal was designed, implemented and evaluated, based on integrated STEAM education, in which the didactic strategies recommended in the scientific literature in keeping with this educational approach, as well as those related with the generation of inclusive classroom practices were incorporated. All of them united and coordinated in a theoretical-methodological model specifically designed for that end-purpose. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/10259/10810 2024-01-01T00:00:00Z