Extraction of visual features from natural video data using Slow Feature Analysis

2006

Thesis

ei

Das Forschungsprojekt NeuRoBot hat das un{\"u}berwachte Erlernen einer neuronal inspirierten Steuerungsarchitektur zum Ziel, und zwar unter den Randbedingungen biologischer Plausibilit{\"a}t und der Benutzung einer Kamera als einzigen Sensor. Visuelle Merkmale, die ein angemessenes Abbild der Umgebung liefern, sind unerl{\"a}sslich, um das Ziel kollisionsfreier Navigation zu erreichen. Zeitliche Koh{\"a}renz ist ein neues Lernprinzip, das in der Lage ist, Erkenntnisse aus der Biologie des Sehens zu reproduzieren. Es wird durch die Beobachtung motiviert, dass die “Sensoren” der Retina auf deutlich k{\"u}rzeren Zeitskalen variieren als eine abstrakte Beschreibung. Zeitliche Langsamkeitsanalyse l{\"o}st das Problem, indem sie zeitlich langsam ver{\"a}nderliche Signale aus schnell ver{\"a}nderlichen Eingabesignalen extrahiert. Eine Verallgemeinerung auf Signale, die nichtlinear von den Eingaben abh{\"a}ngen, ist durch die Anwendung des Kernel-Tricks m{\"o}glich. Das einzig benutzte Vorwissen ist die zeitliche Glattheit der gewonnenen Signale. In der vorliegenden Diplomarbeit wird Langsamkeitsanalyse auf Bildausschnitte von Videos einer Roboterkamera und einer Simulationsumgebung angewendet. Zuallererst werden mittels Parameterexploration und Kreuzvalidierung die langsamst m{\"o}glichen Funktionen bestimmt. Anschließend werden die Merkmalsfunktionen analysiert und einige Ansatzpunkte f{\"u}r ihre Interpretation angegeben. Aufgrund der sehr großen Datens{\"a}tze und der umfangreichen Berechnungen behandelt ein Großteil dieser Arbeit auch Aufwandsbetrachtungen und Fragen der effizienten Berechnung. Kantendetektoren in verschiedenen Phasen und mit haupts{\"a}chlich horizontaler Orientierung stellen die wichtigsten aus der Analyse hervorgehenden Funktionen dar. Eine Anwendung auf konkrete Navigationsaufgaben des Roboters konnte bisher nicht erreicht werden. Eine visuelle Interpretation der erlernten Merkmale ist jedoch durchaus gegeben.

@thesis{4190,
  title = {Extraction of visual features from natural video data using Slow Feature Analysis},
  author = {Nickisch, H.},
  institution = {Technische Universität Berlin, Berlin, Germany},
  school = {Biologische Kybernetik},
  month = sep,
  year = {2006},
  doi = {},
  month_numeric = {9}
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