Synchronization of Olfaction-enhanced multimedia

This paper presents the results of an experimental study carried out to explore, from an end user perspective, the temporal boundaries within which olfactory data can be used to enhance multimedia applications. Results show the presence of two main synchronization regions, and that olfaction ahead of audiovisual content is more tolerable than olfaction behind content

One-class classifiers based on entropic spanning graphs

One-class classifiers offer valuable tools to assess the presence of outliers in data. In this paper, we propose a design methodology for one-class classifiers based on entropic spanning graphs. Our approach takes into account the possibility to process also non-numeric data by means of an embedding procedure. The spanning graph is learned on the embedded input data and the outcoming partition of vertices defines the classifier. The final partition is derived by exploiting a criterion based on mutual information minimization. Here, we compute the mutual information by using a convenient formulation provided in terms of the $\alpha$-Jensen difference. Once training is completed, in order to associate a confidence level with the classifier decision, a graph-based fuzzy model is constructed. The fuzzification process is based only on topological information of the vertices of the entropic spanning graph. As such, the proposed one-class classifier is suitable also for data characterized by complex geometric structures. We provide experiments on well-known benchmarks containing both feature vectors and labeled graphs. In addition, we apply the method to the protein solubility recognition problem by considering several representations for the input samples. Experimental results demonstrate the effectiveness and versatility of the proposed method with respect to other state-of-the-art approaches.Comment: Extended and revised version of the paper "One-Class Classification Through Mutual Information Minimization" presented at the 2016 IEEE IJCNN, Vancouver, Canad

An Empirical Evaluation of Constrained Feature Selection

While feature selection helps to get smaller and more understandable prediction models, most existing feature-selection techniques do not consider domain knowledge. One way to use domain knowledge is via constraints on sets of selected features. However, the impact of constraints, e.g., on the predictive quality of selected features, is currently unclear. This article is an empirical study that evaluates the impact of propositional and arithmetic constraints on filter feature selection. First, we systematically generate constraints from various types, using datasets from different domains. As expected, constraints tend to decrease the predictive quality of feature sets, but this effect is non-linear. So we observe feature sets both adhering to constraints and with high predictive quality. Second, we study a concrete setting in materials science. This part of our study sheds light on how one can analyze scientific hypotheses with the help of constraints

Über lernende optische Inspektion am Beispiel der Schüttgutsortierung

Die automatische optische Inspektion spielt als zerstörungsfreie Analysemethode in modernen industriellen Fertigungsprozessen eine wichtige Rolle. Typische, kommerziell eingesetzte automatische Inspektionssysteme sind dabei speziell an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst und sind sehr aufwendig in der Entwicklung und Inbetriebnahme. Außerdem kann mangelndes Systemwissen der Anwender die Inspektionsleistung im industriellen Einsatz verschlechtern. Maschinelle Lernverfahren bieten eine Alternative: Die Anwender stellen lediglich eine Stichprobe bereit und das System konfiguriert sich von selbst. Ebenso können diese Verfahren versteckte Zusammenhänge in den Daten aufdecken und so den Entwurf von Inspektionssystemen unterstützen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit geeigneten lernenden Verfahren für die optische Inspektion. Die als Beispiel dienende Schüttgutsortierung setzt dabei die Rahmenbedingungen: Die Aufnahmebedingungen sind kontrolliert und die Objekterscheinung einfach. Gleichzeitig zeigen die Objekte mitunter nur wenige diskriminative Merkmale. Die Lernstichproben sind klein, unbalanciert und oft unvollständig in Bezug auf die möglichen Defektklassen. Zusätzlich ist die verfügbare Rechenzeit stark begrenzt. Unter Berücksichtigung dieser Besonderheiten werden in der vorliegenden Arbeit lernende Methoden für die Mustererkennungs-Schritte Bilderfassung, Merkmalsextraktion und Klassifikation entwickelt. Die Auslegung der Bilderfassung wird durch die automatische Selektion optischer Filter zur Hervorhebung diskriminativer Merkmale unterstützt. Anders als vergleichbare Methoden erlaubt die hier beschriebenen Methode die Selektion optische Filter mit beliebig komplizierten Transmissionskurven. Da relevante Merkmale die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Klassifikation sind, nimmt die Merkmalsextraktion einen großen Teil der Arbeit ein. Solche Merkmale können beispielsweise aus einer Menge an Standardmerkmalen identifiziert werden. In der Schüttgutsortierung ist dabei neben der Relevanz aber auch der Rechenaufwand der Merkmalsextraktion von Bedeutung. In dieser Arbeit wird daher ein Merkmalsselektionsverfahren beschrieben, welches diesen Aufwand mit einbezieht. Daneben werden auch Verfahren untersucht, mit denen sich Merkmale mit Hilfe einer Lernstichprobe an ein gegebenes Sortierproblem anpassen lassen. Im Rahmen dieser Arbeit werden dazu zwei Methoden zum Lernen von Formmerkmalen bzw. von Farb- und Texturmerkmalen beschrieben. Mit beiden Verfahren werden einfache, schnell berechenbare, aber wenig diskriminative Merkmale zu hochdiskriminativen Deskriptoren kombiniert. Das Verfahren zum Lernen der Farb- und Texturdeskriptoren erlaubt außerdem die Detektion und Rückweisung unbekannter Objekte. Diese Rückweisungsoption wird im Sinne statistischer Tests für Anwender leicht verständlich parametriert. Die Detektion unbekannter Objekte ist auch das Ziel der Einklassenklassifikation. Hierfür wird in dieser Arbeit ein Verfahren beschrieben, das den Klassifikator anhand einer Lernstichprobe mit lediglich Beispielen der Positivklasse festlegt. Die Struktur dieses Klassifikators wird außerdem ausgenutzt, um sicher unbekannte Objekte um Größenordnungen schneller zurückzuweisen als dies mit alternativen Verfahren möglich ist. Alle vorgestellten Verfahren werden anhand von synthetischen Datensätzen und Datensätzen aus der Lebensmittelinspektion, Mineralsortierung und Inspektion technischer Gegenstände quantitativ evaluiert. In einer Gegenüberstellung mit vergleichbaren Methoden aus der Literatur werden die Stärken und Einschränkungen der Methoden herausgestellt. Hierbei zeigten sich alle vorgestellten Verfahren gut für die Schüttgutsortierung geeignet. Die vorgestellten Verfahren ergänzen sich außerdem gegenseitig. Sie können genutzt werden, um ein komplettes Sortiersystem auszulegen oder um einzeln als Komponenten in einem bestehenden System eingesetzt zu werden. Die Methoden sind dabei nicht auf einen bestimmten Anwendungsfall zugeschnitten, sondern für eine großen Palette an Produkten einsetzbar. Somit liefert diese Arbeit einen Beitrag zur Anwendung maschineller Lernverfahren in optischen Inspektionssystemen