Fuzzy techniques for noise removal in image sequences and interval-valued fuzzy mathematical morphology

Image sequences play an important role in today's world. They provide us a lot of information. Videos are for example used for traffic observations, surveillance systems, autonomous navigation and so on. Due to bad acquisition, transmission or recording, the sequences are however usually corrupted by noise, which hampers the functioning of many image processing techniques. A preprocessing module to filter the images often becomes necessary. After an introduction to fuzzy set theory and image processing, in the first main part of the thesis, several fuzzy logic based video filters are proposed: one filter for grayscale video sequences corrupted by additive Gaussian noise and two color extensions of it and two grayscale filters and one color filter for sequences affected by the random valued impulse noise type. In the second main part of the thesis, interval-valued fuzzy mathematical morphology is studied. Mathematical morphology is a theory intended for the analysis of spatial structures that has found application in e.g. edge detection, object recognition, pattern recognition, image segmentation, image magnification… In the thesis, an overview is given of the evolution from binary mathematical morphology over the different grayscale morphology theories to interval-valued fuzzy mathematical morphology and the interval-valued image model. Additionally, the basic properties of the interval-valued fuzzy morphological operators are investigated. Next, also the decomposition of the interval-valued fuzzy morphological operators is investigated. We investigate the relationship between the cut of the result of such operator applied on an interval-valued image and structuring element and the result of the corresponding binary operator applied on the cut of the image and structuring element. These results are first of all interesting because they provide a link between interval-valued fuzzy mathematical morphology and binary mathematical morphology, but such conversion into binary operators also reduces the computation. Finally, also the reverse problem is tackled, i.e., the construction of interval-valued morphological operators from the binary ones. Using the results from a more general study in which the construction of an interval-valued fuzzy set from a nested family of crisp sets is constructed, increasing binary operators (e.g. the binary dilation) are extended to interval-valued fuzzy operators

Bandler-Kohout Subproduct with Yager’s Families of Fuzzy Implications: A Comprehensive Study

Approximate reasoning schemes involving fuzzy sets are one of the best known applications of fuzzy logic in the wider sense. Fuzzy Inference Systems (FIS) or Fuzzy Inference Mechanisms (FIM) have many degrees of freedom, viz., the underlying fuzzy partition of the input and output spaces, the fuzzy logic operations employed, the fuzzification and defuzzification mechanism used, etc. This freedom gives rise to a variety of FIS with differing capabilities

The *-composition -A Novel Generating Method of Fuzzy Implications: An Algebraic Study

Fuzzy implications are one of the two most important fuzzy logic connectives, the other being t-norms. They are a generalisation of the classical implication from two-valued logic to the multivalued setting. A binary operation I on [0; 1] is called a fuzzy implication if (i) I is decreasing in the first variable, (ii) I is increasing in the second variable, (iii) I(0; 0) = I(1; 1) = 1 and I(1; 0) = 0. The set of all fuzzy implications defined on [0; 1] is denoted by I. Fuzzy implications have many applications in fields like fuzzy control, approximate reasoning, decision making, multivalued logic, fuzzy image processing, etc. Their applicational value necessitates new ways of generating fuzzy implications that are fit for a specific task. The generating methods of fuzzy implications can be broadly categorised as in the following: (M1): From binary functions on [0; 1], typically other fuzzy logic connectives, viz., (S;N)-, R-, QL- implications, (M2): From unary functions on [0,1], typically monotonic functions, for instance, Yager’s f-, g- implications, or from fuzzy negations, (M3): From existing fuzzy implications

Fitting aggregation operators to data

Theoretical advances in modelling aggregation of information produced a wide range of aggregation operators, applicable to almost every practical problem. The most important classes of aggregation operators include triangular norms, uninorms, generalised means and OWA operators.With such a variety, an important practical problem has emerged: how to fit the parameters/ weights of these families of aggregation operators to observed data? How to estimate quantitatively whether a given class of operators is suitable as a model in a given practical setting? Aggregation operators are rather special classes of functions, and thus they require specialised regression techniques, which would enforce important theoretical properties, like commutativity or associativity. My presentation will address this issue in detail, and will discuss various regression methods applicable specifically to t-norms, uninorms and generalised means. I will also demonstrate software implementing these regression techniques, which would allow practitioners to paste their data and obtain optimal parameters of the chosen family of operators.<br /

Congruencias y factorización como herramientas de reducción en el análisis de conceptos formales

Desde su introducción a principios de los años ochenta por B. Ganter y R. Wille, el Análisis de Conceptos Formales (FCA, de sus siglas en inglés) ha sido una de las herramientas matemáticas para el análisis de datos que más desarrollo ha experimentado. El FCA es una teoría matemática que determina estructuras conceptuales entre conjuntos de datos. En particular, las bases de datos se interpretan formalmente en esta teoría con la noción de contexto, que viene determinado por un conjunto de objetos, un conjunto de atributos y una relación entre ambos conjuntos. Las herramientas que proporciona el FCA permiten manipular adecuadamente los datos y extraer información relevante de ellos. Una de las líneas de investigación con más importancia es la reducción del conjunto de atributos que contienen estos conjuntos de datos, preservando la información esencial y eliminando la redundancia que puedan contener. La reducción de atributos también ha sido estudiada en otros ambientes, como en la Teoría de Conjuntos Rugosos, así como en las distintas generalizaciones difusas de ambas teorías. En el FCA, se ha demostrado que cuando se lleva a cabo una reducción de atributos de un contexto formal, se induce una relación de equivalencia sobre el conjunto de conceptos del contexto original. Esta relación de equivalencia inducida tiene una particularidad, sus clases de equivalencia tienen una estructura de semirretículo superior con un elemento máximo, es decir, no forman estructuras algebraicas cerradas, en general. En esta tesis estudiamos cómo es posible complementar las reducciones de atributos dotando a las clases de equivalencia con una estructura algebraica cerrada. La noción de congruencia consigue este propósito, sin embargo, el uso de este tipo de relación de equivalencia puede desembocar en una gran pérdida de información debido a que las clases de equivalencia agrupan demasiados conceptos. Para abordar este problema, en esta tesis se introduce una noción debilitada de congruencia que denominamos congruencia local. La congruencia local da lugar a clases de equivalencia con estructura de subretículo convexo, siendo más flexible a la hora de agrupar conceptos pero manteniendo propiedades interesantes desde un punto de vista algebraico. Se presenta una discusión general de los principales resultados relativos al estudio y aplicación de las congruencias locales que se han obtenido a lo largo de la investigación desarrollada durante la tesis. En particular, se introduce la noción de congruencia local junto con un análisis de las propiedades que satisface, así como una relación de orden sobre el conjunto de las clases de equivalencia. Además, realizamos un análisis profundo del impacto que genera el uso de las congruencias locales en el FCA, tanto en el contexto formal como en el retículo de conceptos. En este análisis identificamos aquellas clases de equivalencia de la relación inducida por una reducción de atributos, sobre las cuales actuaría la congruencia local, realizando una agrupación de conceptos diferente para obtener subretículos convexos. Adicionalmente, llevamos a cabo un estudio sobre el uso de las congruencias locales cuando en la reducción de atributos considerada se han eliminado todos los atributos innecesarios del contexto, obtienen resultados interesantes. Presentamos diversos mecanismos que permiten calcular congruencias locales y aplicarlas sobre retículos de conceptos, detallando las modificaciones que se realizan sobre el contexto formal para proporcionar un método de reducción basado en congruencias locales. Por otra parte, otra de las estrategias que nos permite reducir la complejidad del análisis de los contextos formales son los mecanismos de factorización. Los procedimientos utilizados para factorizar permiten dividir un contexto en dos o más subcontextos formales de menor tamaño, pudiéndose estudiar por separado más fácilmente. Se presenta un estudio preliminar sobre la factorización de contextos formales difusos usando operadores modales, que no se ha publicado aún en una revista. Estos operadores modales ya han sido utilizados para extraer subcontextos independientes de un contexto formal clásico obteniéndose así una factorización del contexto original. En esta tesis estudiamos también diversas propiedades que nos ayudan a comprender mejor cómo funciona la descomposición de tablas de datos booleanos, para luego realizar una adaptación de dichas propiedades al marco de trabajo multiadjunto. El estudio de estas propiedades generales en el marco de trabajo multiadjunto será de gran relevancia para poder obtener en el futuro un procedimiento que nos permita factorizar contextos formales multiadjuntos. Por tanto, la obtención de mecanismos de factorización de contextos multiadjuntos será clave para el análisis y tratamiento de grandes bases de dato