Evaluation Methodologies for Visual Information Retrieval and Annotation

Die automatisierte Evaluation von Informations-Retrieval-Systemen erlaubt Performanz und Qualität der Informationsgewinnung zu bewerten. Bereits in den 60er Jahren wurden erste Methodologien für die system-basierte Evaluation aufgestellt und in den Cranfield Experimenten überprüft. Heutzutage gehören Evaluation, Test und Qualitätsbewertung zu einem aktiven Forschungsfeld mit erfolgreichen Evaluationskampagnen und etablierten Methoden. Evaluationsmethoden fanden zunächst in der Bewertung von Textanalyse-Systemen Anwendung. Mit dem rasanten Voranschreiten der Digitalisierung wurden diese Methoden sukzessive auf die Evaluation von Multimediaanalyse-Systeme übertragen. Dies geschah häufig, ohne die Evaluationsmethoden in Frage zu stellen oder sie an die veränderten Gegebenheiten der Multimediaanalyse anzupassen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der system-basierten Evaluation von Indizierungssystemen für Bildkollektionen. Sie adressiert drei Problemstellungen der Evaluation von Annotationen: Nutzeranforderungen für das Suchen und Verschlagworten von Bildern, Evaluationsmaße für die Qualitätsbewertung von Indizierungssystemen und Anforderungen an die Erstellung visueller Testkollektionen. Am Beispiel der Evaluation automatisierter Photo-Annotationsverfahren werden relevante Konzepte mit Bezug zu Nutzeranforderungen diskutiert, Möglichkeiten zur Erstellung einer zuverlässigen Ground Truth bei geringem Kosten- und Zeitaufwand vorgestellt und Evaluationsmaße zur Qualitätsbewertung eingeführt, analysiert und experimentell verglichen. Traditionelle Maße zur Ermittlung der Performanz werden in vier Dimensionen klassifiziert. Evaluationsmaße vergeben üblicherweise binäre Kosten für korrekte und falsche Annotationen. Diese Annahme steht im Widerspruch zu der Natur von Bildkonzepten. Das gemeinsame Auftreten von Bildkonzepten bestimmt ihren semantischen Zusammenhang und von daher sollten diese auch im Zusammenhang auf ihre Richtigkeit hin überprüft werden. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie semantische Ähnlichkeiten visueller Konzepte automatisiert abgeschätzt und in den Evaluationsprozess eingebracht werden können. Die Ergebnisse der Arbeit inkludieren ein Nutzermodell für die konzeptbasierte Suche von Bildern, eine vollständig bewertete Testkollektion und neue Evaluationsmaße für die anforderungsgerechte Qualitätsbeurteilung von Bildanalysesystemen.Performance assessment plays a major role in the research on Information Retrieval (IR) systems. Starting with the Cranfield experiments in the early 60ies, methodologies for the system-based performance assessment emerged and established themselves, resulting in an active research field with a number of successful benchmarking activities. With the rise of the digital age, procedures of text retrieval evaluation were often transferred to multimedia retrieval evaluation without questioning their direct applicability. This thesis investigates the problem of system-based performance assessment of annotation approaches in generic image collections. It addresses three important parts of annotation evaluation, namely user requirements for the retrieval of annotated visual media, performance measures for multi-label evaluation, and visual test collections. Using the example of multi-label image annotation evaluation, I discuss which concepts to employ for indexing, how to obtain a reliable ground truth to moderate costs, and which evaluation measures are appropriate. This is accompanied by a thorough analysis of related work on system-based performance assessment in Visual Information Retrieval (VIR). Traditional performance measures are classified into four dimensions and investigated according to their appropriateness for visual annotation evaluation. One of the main ideas in this thesis adheres to the common assumption on the binary nature of the score prediction dimension in annotation evaluation. However, the predicted concepts and the set of true indexed concepts interrelate with each other. This work will show how to utilise these semantic relationships for a fine-grained evaluation scenario. Outcomes of this thesis result in a user model for concept-based image retrieval, a fully assessed image annotation test collection, and a number of novel performance measures for image annotation evaluation

Evaluation Methodologies for Visual Information Retrieval and Annotation

Die automatisierte Evaluation von Informations-Retrieval-Systemen erlaubt Performanz und Qualität der Informationsgewinnung zu bewerten. Bereits in den 60er Jahren wurden erste Methodologien für die system-basierte Evaluation aufgestellt und in den Cranfield Experimenten überprüft. Heutzutage gehören Evaluation, Test und Qualitätsbewertung zu einem aktiven Forschungsfeld mit erfolgreichen Evaluationskampagnen und etablierten Methoden. Evaluationsmethoden fanden zunächst in der Bewertung von Textanalyse-Systemen Anwendung. Mit dem rasanten Voranschreiten der Digitalisierung wurden diese Methoden sukzessive auf die Evaluation von Multimediaanalyse-Systeme übertragen. Dies geschah häufig, ohne die Evaluationsmethoden in Frage zu stellen oder sie an die veränderten Gegebenheiten der Multimediaanalyse anzupassen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der system-basierten Evaluation von Indizierungssystemen für Bildkollektionen. Sie adressiert drei Problemstellungen der Evaluation von Annotationen: Nutzeranforderungen für das Suchen und Verschlagworten von Bildern, Evaluationsmaße für die Qualitätsbewertung von Indizierungssystemen und Anforderungen an die Erstellung visueller Testkollektionen. Am Beispiel der Evaluation automatisierter Photo-Annotationsverfahren werden relevante Konzepte mit Bezug zu Nutzeranforderungen diskutiert, Möglichkeiten zur Erstellung einer zuverlässigen Ground Truth bei geringem Kosten- und Zeitaufwand vorgestellt und Evaluationsmaße zur Qualitätsbewertung eingeführt, analysiert und experimentell verglichen. Traditionelle Maße zur Ermittlung der Performanz werden in vier Dimensionen klassifiziert. Evaluationsmaße vergeben üblicherweise binäre Kosten für korrekte und falsche Annotationen. Diese Annahme steht im Widerspruch zu der Natur von Bildkonzepten. Das gemeinsame Auftreten von Bildkonzepten bestimmt ihren semantischen Zusammenhang und von daher sollten diese auch im Zusammenhang auf ihre Richtigkeit hin überprüft werden. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie semantische Ähnlichkeiten visueller Konzepte automatisiert abgeschätzt und in den Evaluationsprozess eingebracht werden können. Die Ergebnisse der Arbeit inkludieren ein Nutzermodell für die konzeptbasierte Suche von Bildern, eine vollständig bewertete Testkollektion und neue Evaluationsmaße für die anforderungsgerechte Qualitätsbeurteilung von Bildanalysesystemen.Performance assessment plays a major role in the research on Information Retrieval (IR) systems. Starting with the Cranfield experiments in the early 60ies, methodologies for the system-based performance assessment emerged and established themselves, resulting in an active research field with a number of successful benchmarking activities. With the rise of the digital age, procedures of text retrieval evaluation were often transferred to multimedia retrieval evaluation without questioning their direct applicability. This thesis investigates the problem of system-based performance assessment of annotation approaches in generic image collections. It addresses three important parts of annotation evaluation, namely user requirements for the retrieval of annotated visual media, performance measures for multi-label evaluation, and visual test collections. Using the example of multi-label image annotation evaluation, I discuss which concepts to employ for indexing, how to obtain a reliable ground truth to moderate costs, and which evaluation measures are appropriate. This is accompanied by a thorough analysis of related work on system-based performance assessment in Visual Information Retrieval (VIR). Traditional performance measures are classified into four dimensions and investigated according to their appropriateness for visual annotation evaluation. One of the main ideas in this thesis adheres to the common assumption on the binary nature of the score prediction dimension in annotation evaluation. However, the predicted concepts and the set of true indexed concepts interrelate with each other. This work will show how to utilise these semantic relationships for a fine-grained evaluation scenario. Outcomes of this thesis result in a user model for concept-based image retrieval, a fully assessed image annotation test collection, and a number of novel performance measures for image annotation evaluation

The Wikipedia Image Retrieval Task

The wikipedia image retrieval task at ImageCLEF provides a testbed for the system-oriented evaluation of visual information retrieval from a collection of Wikipedia images. The aim is to investigate the effectiveness of retrieval approaches that exploit textual and visual evidence in the context of a large and heterogeneous collection of images that are searched for by users with diverse information needs. This chapter presents an overview of the available test collections, summarises the retrieval approaches employed by the groups that participated in the task during the 2008 and 2009 ImageCLEF campaigns, provides an analysis of the main evaluation results, identifies best practices for effective retrieval, and discusses open issues

The Wikipedia Image Retrieval Task

htmlabstractThe wikipedia image retrieval task at ImageCLEF provides a testbed for the system-oriented evaluation of visual information retrieval from a collection of Wikipedia images. The aim is to investigate the effectiveness of retrieval approaches that exploit textual and visual evidence in the context of a large and heterogeneous collection of images that are searched for by users with diverse information needs. This chapter presents an overview of the available test collections, summarises the retrieval approaches employed by the groups that participated in the task during the 2008 and 2009 ImageCLEF campaigns, provides an analysis of the main evaluation results, identifies best practices for effective retrieval, and discusses open issues

Gazo bunseki to kanren joho o riyoshita gazo imi rikai ni kansuru kenkyu

制度:新 ; 報告番号:甲3514号 ; 学位の種類:博士(国際情報通信学) ; 授与年月日:2012/2/8 ; 早大学位記番号:新585

Semantics and statistics for automated image annotation

Automated image annotation consists of a number of techniques that aim to find the correlation between words and image features such as colour, shape, and texture to provide correct annotation words to images. In particular, approaches based on Bayesian theory use machine-learning techniques to learn statistical models from a training set of pre-annotated images and apply them to generate annotations for unseen images. The focus of this thesis lies in demonstrating that an approach, which goes beyond learning the statistical correlation between words and visual features and also exploits information about the actual semantics of the words used in the annotation process, is able to improve the performance of probabilistic annotation systems. Specifically, I present three experiments. Firstly, I introduce a novel approach that automatically refines the annotation words generated by a non-parametric density estimation model using semantic relatedness measures. Initially, I consider semantic measures based on co-occurrence of words in the training set. However, this approach can exhibit limitations, as its performance depends on the quality and coverage provided by the training data. For this reason, I devise an alternative solution that combines semantic measures based on knowledge sources, such as WordNet and Wikipedia, with word co-occurrence in the training set and on the web, to achieve statistically significant results over the baseline. Secondly, I investigate the effect of using semantic measures inside an evaluation measure that computes the performance of an automated image annotation system, whose annotation words adopt the hierarchical structure of an ontology. This is the case of the ImageCLEF2009 collection. Finally, I propose a Markov Random Field that exploits the semantic context dependencies of the image. The best result obtains a mean average precision of 0.32, which is consistent with the state-of-the-art in automated image annotation for the Corel 5k dataset. </br

Anotación automática de imágenes

El presente trabajo tiene por objetivo presentar una metodología adecuada para el reconocimiento de determinados conceptos visuales en imágenes digitales, utilizando para ello diversas técnicas de Visión Artificial. Este proyecto sigue la línea de la recuperación de información en imágenes mediante sistemas basados en contenido. En concreto se basa en la tarea Visual Concept Detection Task (VCDT) que se define en ImageCLEF 2008 [35]. Se pretende programar un sistema capaz de clasificar imágenes procedentes de una determinada base de datos mediante la aparición o ausencia de unos determinados conceptos en ellas. En concreto, el objetivo es el de desarrollar un sistema de reconocimiento de imágenes que para una base de datos dada sea capaz de determinar si en las imágenes aparecen o no los siguientes conceptos: - Interior o exterior, personas, día o noche, agua, caminos, vegetación, árboles, montañas, edificios, playa, animales, cielo y tipo de cielo (soleado, parcialmente nublado o nublado). La base de datos que se proporciona contiene un total de 2803 fotografías a color de temática general dividas en dos grupos. El primero de ellos contiene 1809 imágenes que se utilizarán para realizar el entrenamiento del sistema y el segundo consta de 994 imágenes que serán utilizadas para la realización del test y la posterior evaluación del sistema desarrollado. En el capítulo 6.2 se amplía la información aquí detallada sobre el objetivo de la tarea VCDT propuesta por ImageCLEF 2008.Ingeniería Técnica en Sonido e Image