Innovative applications of associative morphological memories for image processing and pattern recognition

Morphological Associative Memories have been proposed for some image denoising applications. They can be applied to other less restricted domains, like image retrieval and hyper spectral image unsupervised segmentation. In this paper we present these applications. In both cases the key idea is that Autoassociative Morphological Memories selective sensitivity to erosive and dilative noise can be applied to detect the morphological independence between patterns. Linear unmixing based on the sets of morphological independent patterns define a feature extraction process that is the basis for the image processing applications. We discuss some experimental results on the fish shape data base and on a synthetic hyperspectral image, including the comparison with other linear feature extraction algorithms (ICA and CCA)

Skills substitution and trust: a new conception of attitude towards AI in a-HRM

Attitude towards new technologies depends on different factors. In case of AI (artificial intelligence), workers may perceive their own skills as easily substitutable and look at their job as likely to be replaced. This perception may have negative impact on their acceptance towards implementation of intelligent machines and automation, if there wouldn’t be a well based trust on the improvements brought by these technologies. Unfolding from such considerations, we have collected data from a diversified sample of 183 workers and requested a bootstrapped estimate from 5,000 samples. As a result, we propose a mediated process between skills substitution and perceived overall job replacement, moderated by trust, which leads to attitude towards AI in a-HRM (automated human resources management). Surprisingly for high substitution perceptions, workers manifested more positive attitude towards AI. This provided big room of discussion and great enrichments in current literature; plus considerable practical implication in understanding workers behaviors face automation investments in companies.A atitude em relação às novas tecnologias depende de diferentes fatores. No caso da IA (inteligência artificial), os trabalhadores podem perceber as próprias competências como facilmente substituíveis e perceber a instabilidade do seu trabalho. Essa perceção pode ter um impacto negativo na aceitação da implementação de máquinas inteligentes e de investimentos em automação, se não houvesse uma confiança bem fundamentada nas melhorias trazidas por essas tecnologias. Começando de tais considerações, coletamos dados de uma amostra diversificada de 183 trabalhadores e solicitamos uma bootstrapped estimate de 5.000 amostras. Como resultado, propomos um modelo mediado entre a substituição de competências e a perceção geral da substituição do trabalho, moderada pela confiança, o que leva a atitude face as IA em a-HRM (automated human resources management). Surpreendentemente, para perceções de alta substituição, os trabalhadores manifestaram uma atitude mais positiva em relação as IA. Isso proporcionou grande espaço de discussão e grandes enriquecimentos na literatura atual, mais implicações práticas fundamentais na compreensão dos comportamentos dos trabalhadores em frente aos investimentos em automação nas empresas

Neural-genetic approach for patterns recall : case of study : gesture recognition in intelligent environments

Orientador: José Raimundo de OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Esta tese apresenta uma nova e efetiva abordagem neuro-genética denominada MAAM-GA constituída por um algoritmo genético e uma rede neural associativa morfológica para a solução de problemas de reconhecimento de padrões. Especificamente, uma rede neural associativa morfológica é combinada com um algoritmo genético que é utilizado na construção da rede neural com a finalidade de aumentar a eficiência e robustez no reconhecimento de padrões. Um estudo detalhado do desempenho da abordagem é apresentado, utilizando imagens em níveis de cinza como padrões. Resultados numéricos e visuais da recuperação dos padrões são apresentados e o desempenho alcançado é comparado com outros modelos neurais associativos morfológicos relevantes para padrões de valor real, mostrando a eficiência e a robustez da abordagem proposta na recordação de imagens em níveis de cinza. Esta abordagem faz parte do desenvolvimento dos sistemas inteligentes que impulsionam o avanço de outras áreas. Pensando em uma potencial aplicação, a proposta neuro-genética é utilizada para resolver o problema de reconhecimento de gestos da mão. O reconhecimento de gestos é um caminho natural de interação humano-computador, e considerando a diversidade e a diferença manifestada pelo ser humano, para muitas pessoas que possuem deficiência física e sensorial, os gestos da mão são o meio principal de comunicação. Várias tecnologias têm sido propostas para trazer benefícios às pessoas com limitações de comunicação. Os ambientes inteligentes surgiram com o principal propósito de melhorar a qualidade de vida do ser humano baseados em ferramentas computacionais, facilitando o desenvolvimento de processos e ações de nosso cotidiano. O reconhecimento de gestos da mão é uma função do ambiente inteligente. Assim, para pessoas portadoras de deficiências físicas que limitem a sua comunicação oral, o reconhecimento de gestos em um ambiente inteligente poderá lhes trazer múltiplos benefícios na comunicação, interação e acessibilidade, permitindo a sua integração com o ambiente. Embora preocupados com pessoas portadoras de deficiências físicas, o sistema de reconhecimento de gestos da mão como parte de um ambiente inteligente destina-se, sobretudo a beneficiar todo e qualquer cidadão que dele tenha acesso. Assim, nesta tese é apresentado um estudo de um sistema de reconhecimento de gestos da mão baseado em visão artificial capaz de reconhecer gestos estáticos específicos da mão. Este sistema foi dividido em três módulos, módulo de detecção e segmentação, módulo de extração de características e o módulo de identificação e reconhecimento propriamente dito que utiliza a abordagem neuro-genética proposta. Métodos utilizados no pré-processamento das imagens para segmentação e caracterização também são apresentados. Resultados alcançados com a abordagem proposta são muito incentivadores e sugerem que a proposta possa ser considerada como uma ferramenta eficiente e robusta para recuperação e identificação a ser usada em diversas aplicações relacionadas à interface natural humano-computador. O ótimo desempenho do sistema é um passo para continuar na busca de novas tecnologias para criar um ambiente inteligente que dê suporte às necessidades de pessoas com deficiência visual, auditiva ou motora lhes dando certo nível de autonomia, capacidade de controle do entorno e de comunicaçãoAbstract: This thesis presents an innovative approach to solving problems of pattern recognition using a neural-genetic combination. Specifically, a morphological associative neural network is combined with a genetic algorithm that is used in the construction of the neural network for increasing the efficiency and robustness of pattern recall. A detailed study about the performance of the approach is presented, using grayscale images as patterns. Numerical and visual results are presented and the performance achieved is compared with other morphological associative neural models showing its effectiveness and robustness in the grayscale images recall. Thinking about a potential application, the proposed approach is used to solve the problem of hand gestures recognition. The hand gestures recognition is a natural way of human-computer interaction and considering the diversity and difference manifested by the human, for many people who have physical and sensory disabilities, the hand gestures is the primary means of communication. Several technologies have been proposed to bring benefits to people with limited communication. The intelligent environments emerged with the main purpose of improving the quality of human life based in computational tools facilitating the development of processes and actions of everyday life. The hand gestures recognition is a function of intelligent environments. So, for people with physical disabilities that limit their oral communication gesture recognition in an intelligent environment can take many benefits in communication, interaction and accessibility allowing its integration with the environment. Although concerned about people with disabilities, the hand gestures recognition system is mainly intended to benefit every people who has access to the environment. Thus, this thesis presents a study of a hand gestures recognition system. The system is able to recognize static hand gestures using the proposed Neural-Genetic Approach. Methods used in the image preprocessing and characterization are also presented. Results achieved with the proposed approach are very encouraging and suggest that the proposal can be considered as an efficient and robust tool for recovery and identification to be used in various applications related to natural human-computer interface. The optimal system performance is a big step to continue the search for new technologies to create an intelligent environment that supports the needs of people with visual, hearing or motor disabilityMestradoEngenharia de ComputaçãoDoutor em Engenharia Elétric

Complete lattice projection autoassociative memories

Orientador: Marcos Eduardo Ribeiro do Valle MesquitaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação CientíficaResumo: A capacidade do cérebro humano de armazenar e recordar informações por associação tem inspirado o desenvolvimento de modelos matemáticos referidos na literatura como memórias associativas. Em primeiro lugar, esta tese apresenta um conjunto de memórias autoassociativas (AMs) que pertecem à ampla classe das memórias morfológicas autoassociativas (AMMs). Especificamente, as memórias morfológicas autoassociativas de projeção max-plus e min-plus (max-plus e min-plus PAMMs), bem como suas composições, são introduzidas nesta tese. Tais modelos podem ser vistos como versões não distribuídas das AMMs propostas por Ritter e Sussner. Em suma, a max-plus PAMM produz a maior combinação max-plus das memórias fundamentais que é menor ou igual ao padrão de entrada. Dualmente, a min-plus PAMM projeta o padrão de entrada no conjunto de todas combinações min-plus. Em segundo, no contexto da teoria dos conjuntos fuzzy, esta tese propõe novas memórias autoassociativas fuzzy, referidas como classe das max-C e min-D FPAMMs. Uma FPAMM representa uma rede neural morfológica fuzzy com uma camada oculta de neurônios que é concebida para o armazenamento e recordação de conjuntos fuzzy ou vetores num hipercubo. Experimentos computacionais relacionados à classificação de padrões e reconhecimento de faces indicam possíveis aplicações dos novos modelos acima mencionadosAbstract: The human brain¿s ability to store and recall information by association has inspired the development various mathematical models referred to in the literature as associative memories. Firstly, this thesis presents a set of autoassociative memories (AMs) that belong to the broad class of autoassociative morphological memories (AMMs). Specifically, the max-plus and min-plus projection autoassociative morphological memories (max-plus and min-plus PAMMs), as well as their compositions, are introduced in this thesis. These models are non-distributed versions of the AMM models developed by Ritter and Sussner. Briefly, the max-plus PAMM yields the largest max-plus combination of the stored vectors which is less than or equal to the input pattern. Dually, the min-plus PAMM projects the input pattern into the set of all min-plus combinations. In second, in the context of fuzzy set theory, this thesis proposes new fuzzy autoassociative memories mentioned as class of the max-C and min-D FPAMMs. A FPAMM represents a fuzzy morphological neural network with a hidden layer of neurons that is designed for the storage and retrieval of fuzzy sets or vectors on a hypercube. Computational experiments concerning pattern classification and face recognition indicate possible applications of the aforementioned new AM modelsDoutoradoMatematica AplicadaDoutor em Matemática AplicadaCAPE

A comparative study on associative memories with emphasis on morphological associative memories

Orientador: Peter SussnerDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação CientificaResumo: Memórias associativas neurais são modelos do fenômeno biológico que permite o armazenamento de padrões e a recordação destes apos a apresentação de uma versão ruidosa ou incompleta de um padrão armazenado. Existem vários modelos de memórias associativas neurais na literatura, entretanto, existem poucos trabalhos comparando as varias propostas. Nesta dissertação comparamos sistematicamente o desempenho dos modelos mais influentes de memórias associativas neurais encontrados na literatura. Esta comparação está baseada nos seguintes critérios: capacidade de armazenamento, distribuição da informação nos pesos sinápticos, raio da bacia de atração, memórias espúrias e esforço computacional. Especial ênfase dado para as memórias associativas morfológicas cuja fundamentação matemática encontra-se na morfologia matemática e na álgebra de imagensAbstract: Associative neural memories are models of biological phenomena that allow for the storage of pattern associations and the retrieval of the desired output pattern upon presentation of a possibly noisy or incomplete version of an input pattern. There are several models of neural associative memories in the literature, however, there are few works relating them. In this thesis, we present a systematic comparison of the performances of some of the most widely known models of neural associative memories. This comparison is based on the following criteria: storage capacity, distribution of the information over the synaptic weights, basin of attraction, number of spurious memories, and computational effort. The thesis places a special emphasis on morphological associative memories whose mathematical foundations lie in mathematical morphology and image algebraMestradoMatematica AplicadaMestre em Matemática Aplicad

Connected Attribute Filtering Based on Contour Smoothness

A new attribute measuring the contour smoothness of 2-D objects is presented in the context of morphological attribute filtering. The attribute is based on the ratio of the circularity and non-compactness, and has a maximum of 1 for a perfect circle. It decreases as the object boundary becomes irregular. Computation on hierarchical image representation structures relies on five auxiliary data members and is rapid. Contour smoothness is a suitable descriptor for detecting and discriminating man-made structures from other image features. An example is demonstrated on a very-high-resolution satellite image using connected pattern spectra and the switchboard platform

Observations on morphological associative memories and the kernel method

The ability of human beings to retrieve information on the basis of associated cues continues to elicit great interest among researchers. Investigations of how the brain is capable to make such associations from partial information have led to a variety of theoretical neural network models that act as associative memories. Several researchers have had significant success in retrieving complete stored patterns from noisy or incomplete input pattern keys by using morphological associative memories. Thus far morphological associative memories have been employed in two different ways: a direct approach which is suitable for input patterns containing either dilative or erosive noise and an indirect one for arbitrarily corrupted input patterns which is based on kernel vectors. In a recent paper (P. Sussner, in: Proceedings of the International ICSA/IFAC Symposium on Neural Computation, Vienna, September 1998), we suggested how to select these kernel vectors and we deduced exact statements on the amount of noise which is permissible for perfect recall, In this paper, we establish the proofs for all our claims made about the choice of kernel Vectors and perfect recall in kernel method applications. Moreover, we provide arguments for the success of both approaches beyond the experimental results presented up to this point. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.314173016718