Reconhecimento de padrões espectrais

Esta dissertação descreve um trabalho de dissertação cujo principal objetivo parte por reconhecer o padrão espectral de indivíduos, por forma a futuramente se criar um sistema que reconheça movimentações e que alerte para as desconhecidas. Este trabalho torna-se revolucionário pois pretende recriar o efeito de sistemas produzidos anteriormente com outras tecnologias mas recorrendo á radio frequência e eliminando todos os acessórios, sendo apenas necessária a rede Wi-Fi envolvente, que hoje em dia está facilmente presente em todos os locais, quer sejam estes públicos ou privados. Para criar tal sistema, optou-se por desenvolver uma antena cuja capacidade seja equivalente ao campo total da rede Wi-Fi, de modo a adaptar-se a todas as possibilidades. Agregado a essa antena está um Software Defined Radio cujo controlo, recolha e tratamento de dados será feito através de um algoritmo criado em Python. Posteriormente, pretende-se desenvolver um algoritmo de inteligência artificial que permita reconhecer padrões espectrais de leituras anteriores facultando ao utilizador informação relativa ao tipo de movimento e a que individuo este movimento pertence, visto que um mesmo movimento contém a identidade do seu criador, tornando-o distinto de um movimento aparentemente igual.This report describes a dissertation whose main objective is to recognize the spectral pattern of individuals in order to create a system that recognizes movements and alerts to the unknown in the future. This work becomes revolutionary because it intends to recreate the effect of systems previously produced with other technologies but using radio frequency and eliminating all accessories, requiring only the surrounding Wi-Fi network, which today is easily found in all places, whether public or private. To create this system, it was decided to develop an antenna whose capacity is equivalent to the entire Wi-Fi network field, in order to adapt to all possibilities. Added to this antenna is a Software Defined Radio whose control, acquisition and manipulation of data will be done through an algorithm created in Python. Later on, it's intended to develop an artificial intelligence algorithm that allows the recognition of spectral patterns from previous readings by providing the user feedback on the type of movement and to which person this movement belongs, since the same movement contains the identity of its creator, making it distinguishable from an apparently equal movement.Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaçõe

Reconhecimento de padrões em expressões faciais : algoritmos e aplicações

Orientador: Hélio PedriniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O reconhecimento de emoções tem-se tornado um tópico relevante de pesquisa pela comunidade científica, uma vez que desempenha um papel essencial na melhoria contínua dos sistemas de interação humano-computador. Ele pode ser aplicado em diversas áreas, tais como medicina, entretenimento, vigilância, biometria, educação, redes sociais e computação afetiva. Há alguns desafios em aberto relacionados ao desenvolvimento de sistemas emocionais baseados em expressões faciais, como dados que refletem emoções mais espontâneas e cenários reais. Nesta tese de doutorado, apresentamos diferentes metodologias para o desenvolvimento de sistemas de reconhecimento de emoções baseado em expressões faciais, bem como sua aplicabilidade na resolução de outros problemas semelhantes. A primeira metodologia é apresentada para o reconhecimento de emoções em expressões faciais ocluídas baseada no Histograma da Transformada Census (CENTRIST). Expressões faciais ocluídas são reconstruídas usando a Análise Robusta de Componentes Principais (RPCA). A extração de características das expressões faciais é realizada pelo CENTRIST, bem como pelos Padrões Binários Locais (LBP), pela Codificação Local do Gradiente (LGC) e por uma extensão do LGC. O espaço de características gerado é reduzido aplicando-se a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise Discriminante Linear (LDA). Os algoritmos K-Vizinhos mais Próximos (KNN) e Máquinas de Vetores de Suporte (SVM) são usados para classificação. O método alcançou taxas de acerto competitivas para expressões faciais ocluídas e não ocluídas. A segunda é proposta para o reconhecimento dinâmico de expressões faciais baseado em Ritmos Visuais (VR) e Imagens da História do Movimento (MHI), de modo que uma fusão de ambos descritores codifique informações de aparência, forma e movimento dos vídeos. Para extração das características, o Descritor Local de Weber (WLD), o CENTRIST, o Histograma de Gradientes Orientados (HOG) e a Matriz de Coocorrência em Nível de Cinza (GLCM) são empregados. A abordagem apresenta uma nova proposta para o reconhecimento dinâmico de expressões faciais e uma análise da relevância das partes faciais. A terceira é um método eficaz apresentado para o reconhecimento de emoções audiovisuais com base na fala e nas expressões faciais. A metodologia envolve uma rede neural híbrida para extrair características visuais e de áudio dos vídeos. Para extração de áudio, uma Rede Neural Convolucional (CNN) baseada no log-espectrograma de Mel é usada, enquanto uma CNN construída sobre a Transformada de Census é empregada para a extração das características visuais. Os atributos audiovisuais são reduzidos por PCA e LDA, então classificados por KNN, SVM, Regressão Logística (LR) e Gaussian Naïve Bayes (GNB). A abordagem obteve taxas de reconhecimento competitivas, especialmente em dados espontâneos. A penúltima investiga o problema de detectar a síndrome de Down a partir de fotografias. Um descritor geométrico é proposto para extrair características faciais. Experimentos realizados em uma base de dados pública mostram a eficácia da metodologia desenvolvida. A última metodologia trata do reconhecimento de síndromes genéticas em fotografias. O método visa extrair atributos faciais usando características de uma rede neural profunda e medidas antropométricas. Experimentos são realizados em uma base de dados pública, alcançando taxas de reconhecimento competitivasAbstract: Emotion recognition has become a relevant research topic by the scientific community, since it plays an essential role in the continuous improvement of human-computer interaction systems. It can be applied in various areas, for instance, medicine, entertainment, surveillance, biometrics, education, social networks, and affective computing. There are some open challenges related to the development of emotion systems based on facial expressions, such as data that reflect more spontaneous emotions and real scenarios. In this doctoral dissertation, we propose different methodologies to the development of emotion recognition systems based on facial expressions, as well as their applicability in the development of other similar problems. The first is an emotion recognition methodology for occluded facial expressions based on the Census Transform Histogram (CENTRIST). Occluded facial expressions are reconstructed using an algorithm based on Robust Principal Component Analysis (RPCA). Extraction of facial expression features is then performed by CENTRIST, as well as Local Binary Patterns (LBP), Local Gradient Coding (LGC), and an LGC extension. The generated feature space is reduced by applying Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA). K-Nearest Neighbor (KNN) and Support Vector Machine (SVM) algorithms are used for classification. This method reached competitive accuracy rates for occluded and non-occluded facial expressions. The second proposes a dynamic facial expression recognition based on Visual Rhythms (VR) and Motion History Images (MHI), such that a fusion of both encodes appearance, shape, and motion information of the video sequences. For feature extraction, Weber Local Descriptor (WLD), CENTRIST, Histogram of Oriented Gradients (HOG), and Gray-Level Co-occurrence Matrix (GLCM) are employed. This approach shows a new direction for performing dynamic facial expression recognition, and an analysis of the relevance of facial parts. The third is an effective method for audio-visual emotion recognition based on speech and facial expressions. The methodology involves a hybrid neural network to extract audio and visual features from videos. For audio extraction, a Convolutional Neural Network (CNN) based on log Mel-spectrogram is used, whereas a CNN built on Census Transform is employed for visual extraction. The audio and visual features are reduced by PCA and LDA, and classified through KNN, SVM, Logistic Regression (LR), and Gaussian Naïve Bayes (GNB). This approach achieves competitive recognition rates, especially in a spontaneous data set. The second last investigates the problem of detecting Down syndrome from photographs. A geometric descriptor is proposed to extract facial features. Experiments performed on a public data set show the effectiveness of the developed methodology. The last methodology is about recognizing genetic disorders in photos. This method focuses on extracting facial features using deep features and anthropometric measurements. Experiments are conducted on a public data set, achieving competitive recognition ratesDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutora em Ciência da Computação140532/2019-6CNPQCAPE

Reconhecimento de padrões usando indexação recursiva

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico

Desenvolvimento de uma técnica de reconhecimento de padrões baseada em distância

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.Técnicas de reconhecimento de padrões são importantes ferramentas dentro da inteligência artificial, sendo aplicáveis em áreas como análise de imagens, reconhecimento de caracteres, reconhecimento de fala, auxílio a diagnósticos médicos, identificação de pessoas, inspeção industrial. Neste trabalho foram desenvolvidas quatro técnicas de reconhecimento de padrões baseadas no cálculo de distância, sendo três delas não paramétricas (PID, SID, MID) e a quarta técnica, a elipsoidal, paramétrica. Esta última técnica pode ser considerada a otimização das três primeiras. Para verificar a validade das técnicas desenvolvidas fez-se um estudo das técnicas de reconhecimento de padrões. Aqui, são apresentadas as principais técnicas: regra de Bayes, máxima verossimilhança, aproximação bayesiana, vizinhança mais próxima (k-NN), Parzen window, perceptron multicamadas, redes RBF e mapas de Kohonen. Em seguida, algumas dessas técnicas foram comparadas com as desenvolvidas aqui. Para fazer essa comparação, foi criado o software classificador, que mostrou ser uma ferramenta útil para o projeto de sistemas de reconhecimento de padrões, pois possibilita testar diferentes técnicas, verificando qual a técnica é mais adequada para cada problema. Essa comparação mostra que as técnicas PID, SID, MID e elipsoidal têm bom desempenho e que podem ser alternativas a considerar-se em projetos de sistemas de reconhecimento de padrões

Reconhecimento de padrões baseado em compressão: um exemplo de biometria utilizando ECG

The amount of data being collected by sensors and smart devices that people use on their daily lives has been increasing at higher rates than ever before. That enables the possibility of using biomedical signals in several applications, with the aid of pattern recognition algorithms in several applications. In this thesis we investigate the usage of compression based methods to perform classification using one-dimensional signals. In order to test those methods, we use as testbed example, electrocardiographic (ECG) signals and the task biometric identification. First and foremost, we introduce the notion of Kolmogorov complexity and how it relates with compression methods. Then, we explain how can these methods be useful for pattern recognition, by exploring different compression-based measures, namely, the Normalized Relative Compression, a measure based on the relative similarity between strings. For this purpose, we present finite-context models and explain the theory behind a generalized version of those models, called the extended-alphabet finite-context models, a novel contribution. Since the testbed application for the methods presented in the thesis is based on ECG signals, we explain what constitutes such a signal and the methods that should be used before data compresison can be applied to them, such as filtering and quantization. Finally, we explore the application of biometric identification using the ECG signal into more depth, making some tests regarding the acquisition of signals and benchmark different proposals based on compresison methods, namely, non-fiducial ones. We also highlight the advantages of such an alternative approach to machine learning methods, namely, low computational costs and not requiring any kind of feature extraction, making this approach easily transferable into different applications and signals.A quantidade de dados recolhidos por sensores e dispositivos inteligentes que as pessoas utilizam no seu dia a dia tem aumentado a taxas mais elevadas do que nunca. Isso possibilita a utilização de sinais biomédicos em diversas aplicações práticas, com o auxílio de algoritmos de reconhecimento de padrões. Nesta tese, investigamos o uso de métodos baseados em compressão para realizar classificação de sinais unidimensionais. Para testar esses métodos, utilizamos, como aplicação de exemplo, o problema de identificação biométrica através de sinais eletrocardiográficos (ECG). Em primeiro lugar, introduzimos a noção de complexidade de Kolmogorov e a forma como a mesma se relaciona com os métodos de compressão. De seguida, explicamos como esses métodos são úteis para reconhecimento de padrões, explorando diferentes medidas baseadas em compressão, nomeadamente, a compressão relativa normalizada (NRC), uma medida baseada na similaridade relativa entre strings. Para isso, apresentamos os modelos de contexto finito e explicaremos a teoria por detrás de uma versão generalizada desses modelos, chamados de modelos de contexto finito de alfabeto estendido (xaFCM), uma nova contribuição. Uma vez que a aplicação de exemplo para os métodos apresentados na tese é baseada em sinais de ECG, explicamos também o que constitui tal sinal e os métodos que devem ser utilizados antes que a compressão de dados possa ser aplicada aos mesmos, tais como filtragem e quantização. Por fim, exploramos com maior profundidade a aplicação da identificação biométrica utilizando o sinal de ECG, realizando alguns testes relativos à aquisição de sinais e comparando diferentes propostas baseadas em métodos de compressão, nomeadamente os não fiduciais. Destacamos também as vantagens de tal abordagem, alternativa aos métodos de aprendizagem computacional, nomeadamente, baixo custo computacional bem como não exigir tipo de extração de atributos, tornando esta abordagem mais facilmente transponível para diferentes aplicações e sinais.Programa Doutoral em Informátic

Reconhecimento de padrões de pontes de hidrogênio – preliminares do desenvolvimento de uma metodologia baseada em TI para a predição da posição de átomos de hidrogênio em proteínas.

Os primeiros resultados do desenvolvimento de um novo método para a localização do átomo de hidrogênio contido em grupos hidroxila da cadeia lateral dos aminoácidos é apresentado neste artigo. Os métodos existentes utilizam campos de força para esse problema de localização. Os autores propõem uma abordagem computacional para esse problema, pelo reconhecimento de padrões de pontes de hidrogênio agrupados por similaridade em clusters.bitstream/item/11853/1/bp20.pd

Utilizando redes neurais no reconhecimento de padrões cefalométricos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2002A Inteligência Artificial tem sido um dos principais campos de estudo na área da Ciência da Computação tentando resolver problemas de difícil solução. Todos os problemas são difíceis até que sua solução seja conhecida (Fogel, 1995). Os métodos de abordagem de problemas de difícil solução encontram na Inteligência Artificial respostas satisfatórias através de paradigmas como os modelos conexionistas baseados na estrutura neuronal do cérebro humano. As Redes Neurais surgiram com o intuito de obter resultados satisfatórios comparados aos sistemas especialistas, que falham em área de competência não restrita. Essa característica é imprescindível quando tratamos problemas voltados ao âmbito biológico, pois é preciso interagir com o meio, reconhecer padrões, adaptar-se e estabelecer processos indutivos e dedutivos. A Ciência da Computação tem propiciado a evolução do conhecimento na área de Ciência Biológica e da Saúde. Citando pesquisas como o Projeto Genoma, visualizamos a Ciência da Computação não apenas como fator auxiliar, mas sim como fator limitante no desenvolvimento destas pesquisas. Isso têm direcionado grande número de trabalhos de defesa de tese voltados para a área de Ciência Biológica e da Saúde objetivando a aplicação de Inteligência Artificial em processos de classificação e diagnóstico, onde os métodos convencionais falham ou a precisão não alcança um valor de confiança suficiente. A proposta deste trabalho é utilizar as Redes Neurais como ferramenta no processo de classificação cefalométrica de um indivíduo. A Cefalometria utiliza métodos estatísticos convencionais para obtenção destes resultados, estudando um universo de indivíduos restritos a áreas geopoliticamente isoladas ou com pouco cruzamento racial. A aplicação de Redes Neurais como Método de Classificação Cefalométrica pode aproximar a precisão dos resultados a um valor de confiança suficiente comparada aos métodos atuais.Artificial Intelligence has been one of the main matters in Computational Science area that tries to find solutions for difficult problems or those ones whereas is impossible to be solved. All the problems are difficult until their solution be known. (Fogel 1995). Approaching methods for difficult problems can get answers by paradigms like connexionistic models based on human brain neuronal structures. Neural Networks appeared intending to obtain satisfactory results compared to Specialist System that fails in unrestricted competence area. This characteristic is needful when we work out in problems pertaining to biological scopes causer we need to interact with the environment, recognizing patterns and adapting ourselves to establish inductive and deductive process. Computational Science has been providing knowledge evolution in Biological Science and Health area. Mentioning researches such as Genome Project we foresee Computational Science not only as an auxiliary factor but also a limitable one for these researches development. So this has been guiding a great number of works for thesis presentations involving Biological Science and Health areas aiming the use of Artificial Intelligence in diagnosis and classification processes whereas conventional methods or precision does not reach enough reliability. Cephalometry, an Biological Science area for studying human cranial measures, uses conventional statistical methods to obtain anthropomorphic characteristics studying an universe of individuals, restricted to an isolated geopolitical areas, or with few racial crossing. The proposal for using Neural Network as a Cephalometric classification method aims, in this work, to approach results in precision and accuracy an enough reliable value compared to the actual methods

RECONHECIMENTO DE PADRÕES BIOMÉDICOS UTILIZANDO MÁQUINAS DE APRENDIZADO PROFUNDO

The brain-computer interface is one of the emerging fields of human-computer interaction due to its broad spectrum of applications, especially those that deal with human cognition. In this work, electroencephalography (EEG) is used as base data for classifying the state of the eyes (open or closed) by applying Long Short Term Memory (LSTM) networks and variants. For benchmarking purposes, the EEG data set with the eye state record was used, available in the Machine Learning repository at UCI. The results obtained indicated that the model is applicable to the classification of the data and that its performance is good compared to the more expensive models computationally.A interface cérebro-computador é um dos campos emergentes da interação homem-computador devido ao seu amplo espectro de aplicações, especialmente as que lidam com a cognição humana. Neste trabalho, a eletroencefalografia (EEG) é usada como dado base para classificar o estado dos olhos (abertos ou fechados) aplicando redes Long Short Term Memory (LSTM) e variantes. Para fins de benchmarking, foi utilizado o conjunto de dados de EEG com registro do estado do olho, disponível no repositório de Aprendizado de Máquina da UCI. Os resultados obtidos indicaram que o modelo é aplicável para a classificação dos dados e que seu desempenho é bom comparado aos modelos mais caros computacionalmente

Extração de características e reconhecimento de padrões e objetos

A extração de características que discriminam e distinguem objetos de diferentes classes é definido como reconhecimento de padrões. O conjunto de semelhanças entre essas características é denominado como padrão. A junção de ambos conceitos tem a finalidade de analisar determinado conjunto de dados e organizá-los de acordo com padrões, do qual a descrição de uma situação recorrente e sua solução podem ser reutilizadas diversas vezes em situações diferentes, por meio do uso de padrões, sejam eles de objetos ou dados. O reconhecimento de elementos ou objetos requer o estabelecimento de parâmetros quantificáveis que são dependentes de posição, dimensões, textura, cor e outros. No presente artigo será descrito o processo para o reconhecimento de padrões, a sintetização da segmentação de padrões, descrição de suas características e formas e análise dos componentes