Image mining: trends and developments

[Abstract]: Advances in image acquisition and storage technology have led to tremendous growth in very large and detailed image databases. These images, if analyzed, can reveal useful information to the human users. Image mining deals with the extraction of implicit knowledge, image data relationship, or other patterns not explicitly stored in the images. Image mining is more than just an extension of data mining to image domain. It is an interdisciplinary endeavor that draws upon expertise in computer vision, image processing, image retrieval, data mining, machine learning, database, and artificial intelligence. In this paper, we will examine the research issues in image mining, current developments in image mining, particularly, image mining frameworks, state-of-the-art techniques and systems. We will also identify some future research directions for image mining

Automated user modeling for personalized digital libraries

Digital libraries (DL) have become one of the most typical ways of accessing any kind of digitalized information. Due to this key role, users welcome any improvements on the services they receive from digital libraries. One trend used to improve digital services is through personalization. Up to now, the most common approach for personalization in digital libraries has been user-driven. Nevertheless, the design of efficient personalized services has to be done, at least in part, in an automatic way. In this context, machine learning techniques automate the process of constructing user models. This paper proposes a new approach to construct digital libraries that satisfy user’s necessity for information: Adaptive Digital Libraries, libraries that automatically learn user preferences and goals and personalize their interaction using this information

Multimedia information technology and the annotation of video

The state of the art in multimedia information technology has not progressed to the point where a single solution is available to meet all reasonable needs of documentalists and users of video archives. In general, we do not have an optimistic view of the usability of new technology in this domain, but digitization and digital power can be expected to cause a small revolution in the area of video archiving. The volume of data leads to two views of the future: on the pessimistic side, overload of data will cause lack of annotation capacity, and on the optimistic side, there will be enough data from which to learn selected concepts that can be deployed to support automatic annotation. At the threshold of this interesting era, we make an attempt to describe the state of the art in technology. We sample the progress in text, sound, and image processing, as well as in machine learning

Efficient Similarity Search in Structured Data

Modern database applications are characterized by two major aspects: the use of complex data types with internal structure and the need for new data analysis methods. The focus of database users has shifted from simple queries to complex analyses of the data, known as knowledge discovery in databases. Important tasks in this area are the grouping of data objects (clustering), the classification of new data objects or the detection of exceptional data objects (outlier detection). Most algorithms for solving those problems are based on similarity search in databases. This makes efficient similarity search in large databases of structured objects an important basic operation for modern database applications. In this thesis we develop efficient methods for similarity search in large databases of structured data and improve the efficiency of existing query processing techniques. For the data objects, only a tree or graph structure is assumed which can be extended with arbitrary attribute information. Starting with an analysis of the demands from two example applications, several important requirements for similarity measures are identified. One aspect is the adaptability of the similarity search method to the requirements of the user and the application domain. This can even imply a change of the similarity measure between two successive queries of the same user. An explanation component which makes clear why objects are considered similar by the system is a necessary precondition for a purposeful adaption of the measure. Consequently, the edit distance, well-known from string processing, is a common similarity measure for graph structured objects. Its feature to allow a visualization of corresponding substructures and the possibility to weight single operations are the reason for this popularity. But it turns out that the edit distance and similar measures for tree structures are computationally extremely complex which makes them unsuitable for today's large and even growing databases. Therefore, we develop a multi-step query processing architecture which reduces the number of necessary distance calculations significantly. This is achieved by employing suitable filter methods. Furthermore, we show that by easing certain restrictions on the similarity measure, a significant performance gain can be obtained without reducing the quality of the measure. To achieve this, matchings of substructures (vertices or edges) of the data objects are determined. An additional cost function for those matchings allows to derive a similarity measure for structured data, called the edge matching distance, from the cost optimal matching of the substructures. But even for this new similarity measure, efficiency can be improved significantly by using a multi-step query processing approach. This allows the use of the edge matching distance for knowledge discovery applications in large databases. Within the thesis, the properties of our new similarity search methods are proved both theoretically and through experiments.Moderne Datenbankanwendungen werden vor allem durch zwei wesentliche Aspekte charakterisiert. Dies ist zum einen die Verwendung komplexer Datentypen mit interner Struktur und zum anderen die Notwendigkeit neuer Recherchemöglichkeiten. Der Fokus bei der Datenbankbenutzung hat sich von einfachen Anfragen hin zu komplexen Analysen des Datenbestandes, dem sogenannten Knowledge-Discovery in Datenbanken, entwickelt. Wichtige Analysetechniken in diesem Bereich sind unter anderem die Gruppierung der Daten in Teilmengen (Clustering), die Klassifikation neuer Datenobjekte im Bezug auf den vorhandenen Datenbestand und das Erkennen von Ausreißern in den Daten (Outlier-Identifikation). Die Basis für die meisten Verfahren zur Lösung dieser Aufgaben bildet dabei die Bestimmung der Ähnlichkeit von Datenbankobjekten. Die effiziente Ähnlichkeitssuche in großen Datenbanken strukturierter Objekte ist daher eine wichtige Basisoperation für moderne Datenbankanwendungen. In dieser Doktorarbeit werden daher effiziente Verfahren für die Ähnlichkeitssuche in großen Mengen strukturierter Objekte entwickelt, bzw. die Effizienz vorhandener Verfahren deutlich zu verbessert. Dabei wird lediglich eine baum- oder allgemein graphartige innere Struktur der Datenobjekte vorausgesetzt, die durch beliebige Attribute erweitert wird. Ausgehend von einer Analyse der Anforderungen an Ähnlichkeitssuchverfahren in zwei Beispielsanwendungen aus dem Bereich der Bildsuche und des Proteindockings, wurden mehrere wichtige Aspekte der Ähnlichkeitssuche identifiziert. Ein erster Aspekt ist, das Maß für die Ähnlichkeit für den Benutzer anpassbar zu gestalten, da der zugrundeliegende Ähnlichkeitsbegriff sowohl benutzer- als auch situationsabhängig ist, was bis hin zur Änderung des Ähnlichkeitsbegriffs zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anfragen gehen kann. Voraussetzung für eine zielgerichtete Anpassung des Ähnlichkeitsbegriffs ist dabei eine Erklärungskomponente, welche dem Benutzer das Zustandekommen eines Ähnlichkeitswertes verdeutlicht. Die aus der Stringverarbeitung bekannte Edit-Distanz ist deshalb ein weit verbreitetes Maß für die Ähnlichkeit von graphstrukturierten Objekten, da sie eine Gewichtung einzelner Operationen erlaubt und durch eine Zuordnung von Teilobjekten aus den zu vergleichenden Strukturen eine Erklärungskomponente liefert. Es zeigt sich jedoch, dass die Bestimmung der Edit-Distanz und vergleichbarer Ähnlichkeitsmaße für Baum- oder Graphstrukturen extrem zeitaufwendig ist. Es wird daher zunächst ein mehrstufiges Anfragebearbeitungsmodell entwickelt, welches durch geeignete Filterschritte die Anzahl der notwendigen Distanzberechnungen massiv reduziert und so die Geschwindigkeit der Anfragebearbeitung deutlich steigert bzw. erst für große Datenmengen akzeptabel macht. Im nächsten Schritt wird aufgezeigt, wie sich durch Lockerung einiger Bedingungen für das Ähnlichkeitsmaß deutliche Geschwindigkeitssteigerungen erreichen lassen, ohne Einbußen bezüglich der Qualität der Anfrageergebnisse hinnehmen zu müssen. Dazu werden Paarungen von Teilstrukturen (Knoten oder Kanten) der zu vergleichenden Objekte bestimmt, die zusätzlich mittels einer Kostenfunktion gewichtet werden. Eine bezüglich dieser Kostenfunktion optimale Paarung aller Teilstrukturen stellt dann ein Maß für die Ähnlichkeit der Vergleichsobjekte dar, die sogenannte "edge matching distance". Es zeigt sich jedoch, dass auch für dieses neue Ähnlichkeitsmaß eine mehrstufige Anfragebearbeitung zusammen mit entsprechenden, neuartigen Filtermethoden eine erhebliche Performanzsteigerung erlaubt. Diese stellt die Voraussetzung für die Anwendung der Verfahren im Rahmen des Knowledge-Discovery in großen Datenbanken dar. Dabei werden die genannten Eigenschaften der neu entwickelten Verfahren sowohl theoretisch als auch mittels praktischer Experimente belegt

The contribution of data mining to information science

The information explosion is a serious challenge for current information institutions. On the other hand, data mining, which is the search for valuable information in large volumes of data, is one of the solutions to face this challenge. In the past several years, data mining has made a significant contribution to the field of information science. This paper examines the impact of data mining by reviewing existing applications, including personalized environments, electronic commerce, and search engines. For these three types of application, how data mining can enhance their functions is discussed. The reader of this paper is expected to get an overview of the state of the art research associated with these applications. Furthermore, we identify the limitations of current work and raise several directions for future research

An accurate retrieval through R-MAC+ descriptors for landmark recognition

The landmark recognition problem is far from being solved, but with the use of features extracted from intermediate layers of Convolutional Neural Networks (CNNs), excellent results have been obtained. In this work, we propose some improvements on the creation of R-MAC descriptors in order to make the newly-proposed R-MAC+ descriptors more representative than the previous ones. However, the main contribution of this paper is a novel retrieval technique, that exploits the fine representativeness of the MAC descriptors of the database images. Using this descriptors called "db regions" during the retrieval stage, the performance is greatly improved. The proposed method is tested on different public datasets: Oxford5k, Paris6k and Holidays. It outperforms the state-of-the- art results on Holidays and reached excellent results on Oxford5k and Paris6k, overcame only by approaches based on fine-tuning strategies