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

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Citation

Nickisch, H. (2006). Extraction of visual features from natural video data using Slow Feature Analysis. Diploma Thesis, Technische Universität Berlin, Berlin, Germany.


Cite as: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-0013-D06F-1
Abstract
Das Forschungsprojekt NeuRoBot hat das unüberwachte Erlernen einer neuronal inspirierten Steuerungsarchitektur zum Ziel, und zwar unter den Randbedingungen biologischer Plausibilität und der Benutzung einer Kamera als einzigen Sensor. Visuelle Merkmale, die ein angemessenes Abbild der Umgebung liefern, sind unerlässlich, um das Ziel kollisionsfreier Navigation zu erreichen. Zeitliche Kohärenz 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 kürzeren Zeitskalen variieren als eine abstrakte Beschreibung. Zeitliche Langsamkeitsanalyse löst das Problem, indem sie zeitlich langsam veränderliche Signale aus schnell veränderlichen Eingabesignalen extrahiert. Eine Verallgemeinerung auf Signale, die nichtlinear von den Eingaben abhängen, ist durch die Anwendung des Kernel-Tricks möglich. 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 möglichen Funktionen bestimmt. Anschließend werden die Merkmalsfunktionen analysiert und einige Ansatzpunkte für ihre Interpretation angegeben. Aufgrund der sehr großen Datensätze und der umfangreichen Berechnungen behandelt ein Großteil dieser Arbeit auch Aufwandsbetrachtungen und Fragen der effizienten Berechnung. Kantendetektoren in verschiedenen Phasen und mit hauptsächlich 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.