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이미지 데이터베이스에서 매개변수를 필요로 하지 않는 클러스터링 및 아웃라이어 검출 방법
A Parameter-Free Approach for Clustering and Outlier Detection in Image Databases 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. CI, 컴퓨터, v.47 no.1=no.331, 2010년, pp.80 - 91  

오현교 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과) ,  윤석호 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과) ,  김상욱 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과)

초록
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이미지 데이터가 증가함에 따라 효율적인 검색을 위해서 이미지 데이터를 구조화해야 할 필요성이 증가하고 있다. 이미지 데이터를 구조화하기 위한 대표적인 방법으로는 클러스터링이 있다. 그러나 기존 클러스터링 방법들은 클러스터링을 수행하기 전에 매개변수로서 클러스터의 개수를 사용자로부터 제공 받아야 되는 어려움이 있다. 본 논문에서는 클러스터의 개수를 사용자에게 제공 받지 않고 이미지 데이터를 클러스터링 하는 방안에 대해서 논의 한다. 제안하는 방안은 객체들 간의 상호 연관관계를 이용하여 매개변수 없이 데이터의 감추어진 구조나 패턴을 찾아내는 방법인 Cross-Association을 기반으로 한다. 이미지 데이터 클러스터링에 Cross-Association을 적용하기 위해서는 먼저 이미지 데이터를 그래프로 변환해야 한다. 그런 후에 생성된 그래프를 Cross-Association에 적용시키고 그 결과를 클러스터링 관점에서 해석한다. 본 논문에서는 또한 Cross-Association을 기반으로 계층적 클러스터링 하는 방법과 아웃라이어 검출 방법을 제안한다. 실험을 통해서 제안하는 방법의 우수성을 규명하고 이미지 데이터를 클러스터링 하는데 적절한 k-최근접 이웃검색에서의 k값과 더 나은 그래프 생성 방법이 무엇인지를 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the volume of image data increases dramatically, its good organization of image data is crucial for efficient image retrieval. Clustering is a typical way of organizing image data. However, traditional clustering methods have a difficulty of requiring a user to provide the number of clusters as a...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 한다. 그러나 사용자가 적절한 클러스터의 개수를 클러스터링 수행 전에 결정하는 것은 매우 어려운 문제이다(3) 따라서 본 논문에서는 클러스터의 개수를 사용자에게 매개변수로 입력받지 않고 데이터를 클러스터링하는 방안에 대해 논의하고자 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 그림 1의 경우와 같이 이진 행렬을 구성하는 X축과 y축의 객체가 같고, 서로 다른 클러스터 안에 객체들이 중복되어 있으면 안 되는 경우에 적합한 새로운 계층적 클러스터링 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법을 통해 사용자는 다양한 수준에서 클러스터들의 변화를 파악 할 수 있게 된다.
  • 아웃라이어는 데이터의 일반적인 모형이나 행동에 대응하지 못하는 데이터 객체를 의미한다(3) 사용자는 아웃라이어 검출을 통해 선정된 객체를 제거함으로써 해당 클러스터의 질을 높일 수 있게 된다. 따라서 본 논문에서는 아웃라이어 객체를 찾는 효과적인 방안을 제안한다.
  • 또한 CA를 통해 유사한 객체들의 집합인 Cross-associates를 찾을 수 있지만 동일한 객체가 서로 다른 Cross-associates에 포함될 수 있기 때문에 클러스터링의 클러스터와는 다른 의미를 가진다. 따라서 본 논문에서는 이미지 데이터를 이진 행렬로 표현하는 방법에 대해서 논의하고, CA를 클러스터링 관점으로 해석하여 이미지 데이터를 매개 변수 없이 클러스터링하고자 한다.
  • 또한, 데이터를 계층적으로 분해하는 방안을 논의하고자 한다. 이 방안도 사용자로부터 클러스터의 개수를 매개변수로 입력받지 않고 진행된다.
  • 본 논문에서는 (1)을 사용하여 아웃라이어 노드를 검출하기 위한 방안을 제안한다. 제안하는 방안은 아웃라이어의 대상이 되는 객체를 제거하기 전 클러스터의 정보량과 제거한 후 클러스터의 정보량을 측정한 다음 정보량의 차이가 가장 큰 객체가 등급이 가장 높은 아웃라이어가 되는 것이다.
  • 본 논문에서는 CA를 클러스터링 관점에서 해석한다. 그림 6의 두 번째 행 그룹에는 두 개의 검은색 지역이 존재한다.
  • 데이터를 이진 행렬로 변환해야 한다. 논문에서는 이미지 데이터 간의 유사 여부를 이용해서 그래프를 생성하고, 생성된 그래프를 이진 행렬로 다시 변환하고자 한다. 구체적인 방법으로 이미지 객체의 특성을 기반으로 기존의 유사도 계산 방안을 이용하여 객체들 간의 유사도를 계산하고 그래프 생성 방법 중에 하나인 k-최근접 이웃검색 방법时으로 그래프를 생성한다.
  • 본 논문에서는 이미지 클러스터를 대상으로 아웃라이어 검출 실험을 한다. 실험결과를 통해 제시하는 알고리즘의 우수성을 증명한다.
  • 본 논문에서는 클러스터링 결과로 도출된 각각의 클러스터에 대해 재귀적으로 CA를 적용하는 계층적 클러스터링을 수행하고자 한다. 이를 통해 사용자는 클러스터 안의 숨겨진 클러스터의 구조를 발견할 수 있게 된다.
  • 따라서 아웃라이어 간선 검출 방법®은 클러스터링 관점에서 적합하지 않다. 본 논문에서는 클러스터링 관점에 부합하는 새로운 아웃라이어 검출 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방안을 통해 클러스터의 존재하는 모든 객체에 아웃라이어 등급을 정할 수 있다.
  • 본 장에서는 객체간의 상호 연관관계를 이용하여 매개변수 없이 데이터의 감추어진 구조나 패턴을 찾아내는 방법인 CA와 그 응용들에 대해 소개한다. 1절에서는 CA의 기본원리에 대해 설명하고, 2절에서는 CA를 응용한 커뮤니티 발견 (community discovery)에 대해 설명한다.
  • 본 장에서는 매개 변수 없이 이미지 데이터를 클러스터링 하는 방안과 아웃라이어 검출을 위한 새로운 알고리즘을 제안한다. 1절에서는 CA를 이용한 이미지 클러스터링에 대해서 설명하고, 2절에서는 계층적 클러스터링 방안에 대해서 설명한다.
  • 이는 한쪽만 유사하다고 여기는 경우를 노이즈로 간주하고 두 객체들 간에 연관이 없다고 판단하는 것이다. 어떠한 방법을 적용하여 그래프를 생성했을 때 CA를 통한 클러스터링의 결과가 좋은지 실험을 통해 알아보고자 한다.
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참고문헌 (13)

  1. Y. Gdalyahu, D. Weinshall, and M. Werman, "Self-Organization in Vision: Stochastic Clustering for Image Segmentation, Perceptual Grouping, and Image Database Organization," IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 23, No. 10, pp. 1053-1074, 2001. 

  2. Y. Chen, J. Wang, and R. Krovetz, "CLUE: Cluster-Based Retrieval of Images by Unsupervised Learning," IEEE Trans. Image Processing, Vol. 14, No. 8, pp. 1187-1201, 2005. 

  3. J. Han and M. Kamber, Data Mining: Concepts and Techniques, Morgan Kaufmann, 2006. 

  4. S. Guha, R. Rastogi, and K. Shim, "CURE: An Efficient Clustering Algorithm for Large Databases," In Proc. of ACM SIGMOD Int'l. Conf. on Management of Data, pp. 73-84, 1998. 

  5. T. Zhang, R. Ramakrishnan, and M. Livny, "BIRCH: An Efficient Data Clustering Method for Very Large Databases," In Proc. of ACM SIGMOD Int'l. Conf. on Management of Data, pp. 103-114, 1996. 

  6. G. Karypis, E. H. Han, and V. Kumar, "Chameleon: A Hierarchical Clustering Algorithm Using Dynamic Modeling," IEEE Computer, Vol. 32, No. 8, pp. 68-75, 1999. 

  7. D. Chakrabarti, S. Papadimitriou, D. S. Modha, C. Faloutsos, "Fully Automatic Crossssociations," In Proc. Int'l Conf. on Knowledge Discovery and Data Mining, pp. 79-88, 2004. 

  8. P. Grunwald, A Tutorial Introduction To The Minimum Description Length Principle, MIT Press, 2005. 

  9. S. Papadimitriou, J. Sun, P. S. Yu, C. Faloutsos, "Hierarchical, parameter-free community discovery," In Proc. of ECML PKDD, page 170-187, 2008. 

  10. D. Chakrabarti, "Autopart: Parameter-free graph partitioning and outlier detection," In Proc. of ECML PKDD, pages 112?124, 2004. 

  11. K. Beyer, J. Goldstein, R. Ramakrishnan, U. Shaft, "When Is Nearest Neighbor Meaningful?," In Proc. Int'l Conf. on Database Theory, pp. 217-235, 1999. 

  12. 이 재호, 장 민희, 김 두열, 김 상욱, 김 민호, 최 진성, "Shader Space Navigator: 유사 쉐이더 검색 시스템," 대한전자공학회논문지, Vol. 45, No. 3, pp. 198-207, 2008년 5월. 

  13. W. Niblack, R. Barber, W. Equitz, M. Flickner, E. H. Clasman, D. Petkovic, P. Yanker, C. Faloutsos, G. Taubin, "The QBIC Project: Querying Images by Content using Color, Texture, and Shape," In Proc. of Storage and Retrieval for Image and Video Databases, pp. 173-187, 1993. 

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