Redes neurais com extração implícita de características para reconhecimento de padrões visuais

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Fernandes, Bruno José Torres
• Orientador(a): Cavalcanti, George Darmiton da Cunha
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Palavras-chave em Português: Redes neurais; Campos receptivos; Memória autoassociativa; Algoritmos construtivos; Reconhecimento de padrões; Visão computacional
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/12245

O desenvolvimento de modelos baseados em teorias sobre a estrutura do cérebro humano tem se mostrado como uma importante ferramenta para a inspiração de novas abordagens para problemas de reconhecimento de padrões visuais. Apesar do cérebro humano não ser completamente entendido, ele já inspirou vários mecanismos utilizados em tarefas de reconhecimento de padrões, como as redes neurais artificiais (RNAs). Os conceitos de campos receptivos e inibitórios e de memória autoassociativa são derivados de estudos do cérebro e vêm sendo empregados na criação de novos classificadores. Os campos receptivos são utilizados para melhor analisar texturas e para detectar contornos em vários modelos que têm suas arquiteturas projetadas para receber os dados de entrada na sua forma bruta e extrair suas características. Esse processo é chamado de extração implícita de características. O uso de campos inibitórios trouxe melhorias às RNAs, tornando-as mais estáveis e eficazes. Por outro lado, classificadores autoassociativos são modelos desenvolvidos para aprender as características relacionadas somente aos padrões de uma mesma classe. Esses classificadores decidem se um padrão é conhecido a partir de fronteiras de decisão fechadas no espaço de entrada. Este trabalho propõe três RNAs inspiradas nos conceitos de campos receptivos e inibitórios e de memória autoassociativa. As RNAs propostas apresentam uma arquitetura piramidal que fazem uso dos conceitos de campos receptivos e que integram as etapas de extração de características e de classificação de padrões visuais. A primeira RNA proposta é a Lateral Inhibition Pyramidal Neural Network (LIPNet) que utiliza o conceito de campos inibitórios e é aplicada em problemas com duas classes. A LIPNet é avaliada em experimentos de detecção de faces com o banco MIT CBCL e de detecção de floresta em imagens de satélite. A segunda RNA proposta é a AutoAssociative Pyramidal Neural Network (AAPNet) que utiliza o conceito de memória autoassociativa para aprendizagem de uma classe sem exemplos negativos. A AAPNet é avaliada numa tarefa de categorização de objetos com o banco Caltech-101. A última RNA proposta é a Lateral Inhibition Constructive Autoassociative Neural Network (LICANet) que realiza a aprendizagem autoassociativa através de um algoritmo construtivo que ajusta a arquitetura do modelo durante o treinamento. A LICANet é avaliada em experimentos de reconhecimento de expressão facial com a base JAFFE. Finalmente, as três RNAs propostas são comparadas umas com as outras nos experimentos realizados. As RNAs propostas obtiveram resultados superiores a outros métodos da literatura.