Large-scale image collection cleansing, summarization and exploration

A perennially interesting topic in the research field of large scale image collection organization is how to effectively and efficiently conduct the tasks of image cleansing, summarization and exploration. The primary objective of such an image organization system is to enhance user exploration experience with redundancy removal and summarization operations on large-scale image collection. An ideal system is to discover and utilize the visual correlation among the images, to reduce the redundancy in large-scale image collection, to organize and visualize the structure of large-scale image collection, and to facilitate exploration and knowledge discovery. In this dissertation, a novel system is developed for exploiting and navigating large-scale image collection. Our system consists of the following key components: (a) junk image filtering by incorporating bilingual search results; (b) near duplicate image detection by using a coarse-to-fine framework; (c) concept network generation and visualization; (d) image collection summarization via dictionary learning for sparse representation; and (e) a multimedia practice of graffiti image retrieval and exploration. For junk image filtering, bilingual image search results, which are adopted for the same keyword-based query, are integrated to automatically identify the clusters for the junk images and the clusters for the relevant images. Within relevant image clusters, the results are further refined by removing the duplications under a coarse-to-fine structure. The duplicate pairs are detected with both global feature (partition based color histogram) and local feature (CPAM and SIFT Bag-of-Word model). The duplications are detected and removed from the data collection to facilitate further exploration and visual correlation analysis. After junk image filtering and duplication removal, the visual concepts are further organized and visualized by the proposed concept network. An automatic algorithm is developed to generate such visual concept network which characterizes the visual correlation between image concept pairs. Multiple kernels are combined and a kernel canonical correlation analysis algorithm is used to characterize the diverse visual similarity contexts between the image concepts. The FishEye visualization technique is implemented to facilitate the navigation of image concepts through our image concept network. To better assist the exploration of large scale data collection, we design an efficient summarization algorithm to extract representative examplars. For this collection summarization task, a sparse dictionary (a small set of the most representative images) is learned to represent all the images in the given set, e.g., such sparse dictionary is treated as the summary for the given image set. The simulated annealing algorithm is adopted to learn such sparse dictionary (image summary) by minimizing an explicit optimization function. In order to handle large scale image collection, we have evaluated both the accuracy performance of the proposed algorithms and their computation efficiency. For each of the above tasks, we have conducted experiments on multiple public available image collections, such as ImageNet, NUS-WIDE, LabelMe, etc. We have observed very promising results compared to existing frameworks. The computation performance is also satisfiable for large-scale image collection applications. The original intention to design such a large-scale image collection exploration and organization system is to better service the tasks of information retrieval and knowledge discovery. For this purpose, we utilize the proposed system to a graffiti retrieval and exploration application and receive positive feedback

RUSHES—an annotation and retrieval engine for multimedia semantic units

Multimedia analysis and reuse of raw un-edited audio visual content known as rushes is gaining acceptance by a large number of research labs and companies. A set of research projects are considering multimedia indexing, annotation, search and retrieval in the context of European funded research, but only the FP6 project RUSHES is focusing on automatic semantic annotation, indexing and retrieval of raw and un-edited audio-visual content. Even professional content creators and providers as well as home-users are dealing with this type of content and therefore novel technologies for semantic search and retrieval are required. In this paper, we present a summary of the most relevant achievements of the RUSHES project, focusing on specific approaches for automatic annotation as well as the main features of the final RUSHES search engine

From Keyword Search to Exploration: How Result Visualization Aids Discovery on the Web

A key to the Web's success is the power of search. The elegant way in which search results are returned is usually remarkably effective. However, for exploratory search in which users need to learn, discover, and understand novel or complex topics, there is substantial room for improvement. Human computer interaction researchers and web browser designers have developed novel strategies to improve Web search by enabling users to conveniently visualize, manipulate, and organize their Web search results. This monograph offers fresh ways to think about search-related cognitive processes and describes innovative design approaches to browsers and related tools. For instance, while key word search presents users with results for specific information (e.g., what is the capitol of Peru), other methods may let users see and explore the contexts of their requests for information (related or previous work, conflicting information), or the properties that associate groups of information assets (group legal decisions by lead attorney). We also consider the both traditional and novel ways in which these strategies have been evaluated. From our review of cognitive processes, browser design, and evaluations, we reflect on the future opportunities and new paradigms for exploring and interacting with Web search results

Linked Data Supported Information Retrieval

Um Inhalte im World Wide Web ausfindig zu machen, sind Suchmaschienen nicht mehr wegzudenken. Semantic Web und Linked Data Technologien ermöglichen ein detaillierteres und eindeutiges Strukturieren der Inhalte und erlauben vollkommen neue Herangehensweisen an die Lösung von Information Retrieval Problemen. Diese Arbeit befasst sich mit den Möglichkeiten, wie Information Retrieval Anwendungen von der Einbeziehung von Linked Data profitieren können. Neue Methoden der computer-gestützten semantischen Textanalyse, semantischen Suche, Informationspriorisierung und -visualisierung werden vorgestellt und umfassend evaluiert. Dabei werden Linked Data Ressourcen und ihre Beziehungen in die Verfahren integriert, um eine Steigerung der Effektivität der Verfahren bzw. ihrer Benutzerfreundlichkeit zu erzielen. Zunächst wird eine Einführung in die Grundlagen des Information Retrieval und Linked Data gegeben. Anschließend werden neue manuelle und automatisierte Verfahren zum semantischen Annotieren von Dokumenten durch deren Verknüpfung mit Linked Data Ressourcen vorgestellt (Entity Linking). Eine umfassende Evaluation der Verfahren wird durchgeführt und das zu Grunde liegende Evaluationssystem umfangreich verbessert. Aufbauend auf den Annotationsverfahren werden zwei neue Retrievalmodelle zur semantischen Suche vorgestellt und evaluiert. Die Verfahren basieren auf dem generalisierten Vektorraummodell und beziehen die semantische Ähnlichkeit anhand von taxonomie-basierten Beziehungen der Linked Data Ressourcen in Dokumenten und Suchanfragen in die Berechnung der Suchergebnisrangfolge ein. Mit dem Ziel die Berechnung von semantischer Ähnlichkeit weiter zu verfeinern, wird ein Verfahren zur Priorisierung von Linked Data Ressourcen vorgestellt und evaluiert. Darauf aufbauend werden Visualisierungstechniken aufgezeigt mit dem Ziel, die Explorierbarkeit und Navigierbarkeit innerhalb eines semantisch annotierten Dokumentenkorpus zu verbessern. Hierfür werden zwei Anwendungen präsentiert. Zum einen eine Linked Data basierte explorative Erweiterung als Ergänzung zu einer traditionellen schlüsselwort-basierten Suchmaschine, zum anderen ein Linked Data basiertes Empfehlungssystem

Cognitive Foundations for Visual Analytics

In this report, we provide an overview of scientific/technical literature on information visualization and VA. Topics discussed include an update and overview of the extensive literature search conducted for this study, the nature and purpose of the field, major research thrusts, and scientific foundations. We review methodologies for evaluating and measuring the impact of VA technologies as well as taxonomies that have been proposed for various purposes to support the VA community. A cognitive science perspective underlies each of these discussions

Unsupervised quantification of entity consistency between photos and text in real-world news

Das World Wide Web und die sozialen Medien übernehmen im heutigen Informationszeitalter eine wichtige Rolle für die Vermittlung von Nachrichten und Informationen. In der Regel werden verschiedene Modalitäten im Sinne der Informationskodierung wie beispielsweise Fotos und Text verwendet, um Nachrichten effektiver zu vermitteln oder Aufmerksamkeit zu erregen. Kommunikations- und Sprachwissenschaftler erforschen das komplexe Zusammenspiel zwischen Modalitäten seit Jahrzehnten und haben unter Anderem untersucht, wie durch die Kombination der Modalitäten zusätzliche Informationen oder eine neue Bedeutungsebene entstehen können. Die Anzahl gemeinsamer Konzepte oder Entitäten (beispielsweise Personen, Orte und Ereignisse) zwischen Fotos und Text stellen einen wichtigen Aspekt für die Bewertung der Gesamtaussage und Bedeutung eines multimodalen Artikels dar. Automatisierte Ansätze zur Quantifizierung von Bild-Text-Beziehungen können für zahlreiche Anwendungen eingesetzt werden. Sie ermöglichen beispielsweise eine effiziente Exploration von Nachrichten, erleichtern die semantische Suche von Multimedia-Inhalten in (Web)-Archiven oder unterstützen menschliche Analysten bei der Evaluierung der Glaubwürdigkeit von Nachrichten. Allerdings gibt es bislang nur wenige Ansätze, die sich mit der Quantifizierung von Beziehungen zwischen Fotos und Text beschäftigen. Diese Ansätze berücksichtigen jedoch nicht explizit die intermodalen Beziehungen von Entitäten, welche eine wichtige Rolle in Nachrichten darstellen, oder basieren auf überwachten multimodalen Deep-Learning-Techniken. Diese überwachten Lernverfahren können ausschließlich die intermodalen Beziehungen von Entitäten detektieren, die in annotierten Trainingsdaten enthalten sind. Um diese Forschungslücke zu schließen, wird in dieser Arbeit ein unüberwachter Ansatz zur Quantifizierung der intermodalen Konsistenz von Entitäten zwischen Fotos und Text in realen multimodalen Nachrichtenartikeln vorgestellt. Im ersten Teil dieser Arbeit werden neuartige Verfahren auf Basis von Deep Learning zur Extrahierung von Informationen aus Fotos vorgestellt, um Ereignisse (Events), Orte, Zeitangaben und Personen automatisch zu erkennen. Diese Verfahren bilden eine wichtige Voraussetzung, um die Beziehungen von Entitäten zwischen Bild und Text zu bewerten. Zunächst wird ein Ansatz zur Ereignisklassifizierung präsentiert, der neuartige Optimierungsfunktionen und Gewichtungsschemata nutzt um Ontologie-Informationen aus einer Wissensdatenbank in ein Deep-Learning-Verfahren zu integrieren. Das Training erfolgt anhand eines neu vorgestellten Datensatzes, der 570.540 Fotos und eine Ontologie mit 148 Ereignistypen enthält. Der Ansatz übertrifft die Ergebnisse von Referenzsystemen die keine strukturierten Ontologie-Informationen verwenden. Weiterhin wird ein DeepLearning-Ansatz zur Schätzung des Aufnahmeortes von Fotos vorgeschlagen, der Kontextinformationen über die Umgebung (Innen-, Stadt-, oder Naturaufnahme) und von Erdpartitionen unterschiedlicher Granularität verwendet. Die vorgeschlagene Lösung übertrifft die bisher besten Ergebnisse von aktuellen Forschungsarbeiten, obwohl diese deutlich mehr Fotos zum Training verwenden. Darüber hinaus stellen wir den ersten Datensatz zur Schätzung des Aufnahmejahres von Fotos vor, der mehr als eine Million Bilder aus den Jahren 1930 bis 1999 umfasst. Dieser Datensatz wird für das Training von zwei Deep-Learning-Ansätzen zur Schätzung des Aufnahmejahres verwendet, welche die Aufgabe als Klassifizierungs- und Regressionsproblem behandeln. Beide Ansätze erzielen sehr gute Ergebnisse und übertreffen Annotationen von menschlichen Probanden. Schließlich wird ein neuartiger Ansatz zur Identifizierung von Personen des öffentlichen Lebens und ihres gemeinsamen Auftretens in Nachrichtenfotos aus der digitalen Bibliothek Internet Archiv präsentiert. Der Ansatz ermöglicht es unstrukturierte Webdaten aus dem Internet Archiv mit Metadaten, beispielsweise zur semantischen Suche, zu erweitern. Experimentelle Ergebnisse haben die Effektivität des zugrundeliegenden Deep-Learning-Ansatzes zur Personenerkennung bestätigt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird ein unüberwachtes System zur Quantifizierung von BildText-Beziehungen in realen Nachrichten vorgestellt. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren liefert es automatisch neuartige Maße der intermodalen Konsistenz für verschiedene Entitätstypen (Personen, Orte und Ereignisse) sowie den Gesamtkontext. Das System ist nicht auf vordefinierte Datensätze angewiesen, und kann daher mit der Vielzahl und Diversität von Entitäten und Themen in Nachrichten umgehen. Zur Extrahierung von Entitäten aus dem Text werden geeignete Methoden der natürlichen Sprachverarbeitung eingesetzt. Examplarbilder für diese Entitäten werden automatisch aus dem Internet beschafft. Die vorgeschlagenen Methoden zur Informationsextraktion aus Fotos werden auf die Nachrichten- und heruntergeladenen Exemplarbilder angewendet, um die intermodale Konsistenz von Entitäten zu quantifizieren. Es werden zwei Aufgaben untersucht um die Qualität des vorgeschlagenen Ansatzes in realen Anwendungen zu bewerten. Experimentelle Ergebnisse für die Dokumentverifikation und die Beschaffung von Nachrichten mit geringer (potenzielle Fehlinformation) oder hoher multimodalen Konsistenz zeigen den Nutzen und das Potenzial des Ansatzes zur Unterstützung menschlicher Analysten bei der Untersuchung von Nachrichten.In today’s information age, the World Wide Web and social media are important sources for news and information. Different modalities (in the sense of information encoding) such as photos and text are typically used to communicate news more effectively or to attract attention. Communication scientists, linguists, and semioticians have studied the complex interplay between modalities for decades and investigated, e.g., how their combination can carry additional information or add a new level of meaning. The number of shared concepts or entities (e.g., persons, locations, and events) between photos and text is an important aspect to evaluate the overall message and meaning of an article. Computational models for the quantification of image-text relations can enable many applications. For example, they allow for more efficient exploration of news, facilitate semantic search and multimedia retrieval in large (web) archives, or assist human assessors in evaluating news for credibility. To date, only a few approaches have been suggested that quantify relations between photos and text. However, they either do not explicitly consider the cross-modal relations of entities – which are important in the news – or rely on supervised deep learning approaches that can only detect the cross-modal presence of entities covered in the labeled training data. To address this research gap, this thesis proposes an unsupervised approach that can quantify entity consistency between photos and text in multimodal real-world news articles. The first part of this thesis presents novel approaches based on deep learning for information extraction from photos to recognize events, locations, dates, and persons. These approaches are an important prerequisite to measure the cross-modal presence of entities in text and photos. First, an ontology-driven event classification approach that leverages new loss functions and weighting schemes is presented. It is trained on a novel dataset of 570,540 photos and an ontology with 148 event types. The proposed system outperforms approaches that do not use structured ontology information. Second, a novel deep learning approach for geolocation estimation is proposed that uses additional contextual information on the environmental setting (indoor, urban, natural) and from earth partitions of different granularity. The proposed solution outperforms state-of-the-art approaches, which are trained with significantly more photos. Third, we introduce the first large-scale dataset for date estimation with more than one million photos taken between 1930 and 1999, along with two deep learning approaches that treat date estimation as a classification and regression problem. Both approaches achieve very good results that are superior to human annotations. Finally, a novel approach is presented that identifies public persons and their co-occurrences in news photos extracted from the Internet Archive, which collects time-versioned snapshots of web pages that are rarely enriched with metadata relevant to multimedia retrieval. Experimental results confirm the effectiveness of the deep learning approach for person identification. The second part of this thesis introduces an unsupervised approach capable of quantifying image-text relations in real-world news. Unlike related work, the proposed solution automatically provides novel measures of cross-modal consistency for different entity types (persons, locations, and events) as well as the overall context. The approach does not rely on any predefined datasets to cope with the large amount and diversity of entities and topics covered in the news. State-of-the-art tools for natural language processing are applied to extract named entities from the text. Example photos for these entities are automatically crawled from the Web. The proposed methods for information extraction from photos are applied to both news images and example photos to quantify the cross-modal consistency of entities. Two tasks are introduced to assess the quality of the proposed approach in real-world applications. Experimental results for document verification and retrieval of news with either low (potential misinformation) or high cross-modal similarities demonstrate the feasibility of the approach and its potential to support human assessors to study news

Semantic Interaction in Web-based Retrieval Systems : Adopting Semantic Web Technologies and Social Networking Paradigms for Interacting with Semi-structured Web Data

Existing web retrieval models for exploration and interaction with web data do not take into account semantic information, nor do they allow for new forms of interaction by employing meaningful interaction and navigation metaphors in 2D/3D. This thesis researches means for introducing a semantic dimension into the search and exploration process of web content to enable a significantly positive user experience. Therefore, an inherently dynamic view beyond single concepts and models from semantic information processing, information extraction and human-machine interaction is adopted. Essential tasks for semantic interaction such as semantic annotation, semantic mediation and semantic human-computer interaction were identified and elaborated for two general application scenarios in web retrieval: Web-based Question Answering in a knowledge-based dialogue system and semantic exploration of information spaces in 2D/3D

Big Brother: A Drop-In Website Interaction Logging Service

Fine-grained logging of interactions in user studies is important for studying user behaviour, among other reasons. However, in many research scenarios, the way interactions are logged are usually tied to a monolithic system. We present a generic, application independent service for logging interactions in web-pages, specifically targeting user studies. Our service, Big Brother, can be dropped-in to existing user interfaces with almost no configuration required by researchers. Big Brother has already been used in several user studies to record interactions in a number of user study research scenarios, such as lab-based and crowdsourcing environments. We further demonstrate the ability for Big Brother to scale to very large user studies through benchmarking experiments. Big Brother also provides a number of additional tools for visualising and analysing interactions. Big Brother significantly lowers the barrier to entry for logging user interactions by providing a minimal but powerful, no configuration necessary, service for researchers and practitioners of user studies that can scale to thousands of concurrent sessions. We have made the source code and releases for Big Brother available for download at https://github.com/hscells/bigbro

From Image to Language and Back Again

Work in computer vision and natural language processing involving images and text has been experiencing explosive growth over the past decade, with a particular boost coming from the neural network revolution. The present volume brings together five research articles from several different corners of the area: multilingual multimodal image description (Franket al.), multimodal machine translation (Madhyasthaet al., Franket al.), image caption generation (Madhyasthaet al., Tantiet al.), visual scene understanding (Silbereret al.), and multimodal learning of high-level attributes (Sorodocet al.). In this article, we touch upon all of these topics as we review work involving images and text under the three main headings of image description (Section 2), visually grounded referring expression generation (REG) and comprehension (Section 3), and visual question answering (VQA) (Section 4).</jats:p