نماذج وخوارزميات رياضية جديدة لمعالجة الصور الذكية

باستخدام القشرة البصرية كنموذج في الدماغ البشري ، طورت مجموعة البحث بقيادة توماس بوك الحائز على جائزة ERC نماذج رياضية وخوارزميات جديدة كأساس لبرامج معالجة الصور أسرع وأكثر ذكاءً.

يمكن للقشرة البصرية لدينا التقاط الصور والتعرف على الأشياء في جزء من الثانية ، حتى لو كانت بالكاد مرئية أو مجزأة فقط. أحد أسباب هذا الأداء الرائع هو بنية الطبقة الهرمية عالية الكفاءة للقشرة البصرية. يقوم بتصفية المعلومات المرئية ، والتعرف على الاتصالات ، وإكمال الصورة باستخدام أنماط مألوفة. العملية الكامنة وراء هذا لا تزال غير مفهومة بالكاد من حيث تعقيدها. صحيح أن خوارزميات التعلم العميق موجودة الآن يمكنها أن تتطابق أو ، في بعض الحالات ، تتجاوز الأداء البشري في مهام معينة للتعرف على الأنماط. ومع ذلك ، فإن أحد عيوب هذه الخوارزميات هو أنه من الصعب فهم ما تعلموه ، وكيف يعملون ، أو عندما يرتكبون أخطاء.

توماس بوك من معهد رسومات الحاسوب والرؤية بجامعة غراتس تكنولوجيا (TU Graz) كان يسير على درب هذه المعرفة كجزء من مشروع منحة البدء الخاص بـ ERC HOMOVIS (النماذج السابقة عالية المستوى لرؤية الكمبيوتر). لقد عمل بشكل مكثف على مسألة كيفية حساب طرق تشغيل القشرة البصرية المعروفة باستخدام النماذج الرياضية ونقلها إلى تطبيقات معالجة الصور. بعد خمس سنوات من البحث، و41 منشورًا، وبراءة اختراع واحدة لاحقًا، اكتسب الباحث وفريقه البحثي معرفة واسعة تتيح خوارزميات معالجة الصور الجديدة لمجموعة واسعة من التطبيقات.

استخدم المؤسس الرئيسي لعلم نفس الجشطالت هذه القوانين لمحاولة شرح عملية الرؤية البشرية ، والتي يتم فيها تجميع المحفزات والانطباعات الحسية معًا لتشكيل وحدة كبيرة. "يمكن للإنسان بالفعل التعرف بشكل صحيح على الأشياء الجزئية أو غير المكتملة على أساس نقاط مفردة أو حدود ذاتية (خطوط خادعة). يملأ الدماغ البشري تلقائيًا معلومات الصورة المفقودة. على سبيل المثال ، من خلال توصيل النقاط عبر منحنيات سلسة قدر الإمكان ، "كما يقول بوك. وصف بوك وفريقه ظاهرة اكتشاف الشكل هذه لأول مرة باستخدام نماذج رياضية تعتمد على منحنيات أويلر المرنة - وهي معادلة شهيرة لعالم الرياضيات ليونارد أويلر يمكن استخدامها لحساب منحنيات الحد الأدنى للانحناء.