Mustererkennung mit Neokognitron und Anwendungen

Inhaltsangabe:Einleitung: Das menschliche Gehirn empfängt eine Fülle unterschiedlicher Reize über verschiedene Sinnesorgane. Ein bedeutendes Gebiet in diesem Zusammenhang ist die visuelle Wahrnehmung, die als ‘... Aufnahme und die zentrale Verarbeitung von visuellen Reizen ...’ definiert ist. Der Mensch ist in der Lage aus einer großen Menge visueller Reize bestimmte Signale innerhalb kürzester Zeit herauszufiltern und richtig zu interpretieren. Probleme ergeben sich allerdings bei der Portierung dieser Fähigkeit der natürlichen Mustererkennung auf Computersysteme durch die erheblichen Unterschiede hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und der Architektur. Nach dem derzeitigen technischen Stand können Computer Daten um ein vielfaches schneller verarbeiten, als unser Gehirn, sind aber dennoch mit Aufgaben überfordert, die durch unser Gehirn in kürzester Zeit erfolgreich durchgeführt werden. Charakteristisch für das menschliche Gehirn, als komplexes biologisches Netzwerk, ist seine hochgradige parallele Signalverarbeitung. Dank seiner ca. 1012 Nervenzellen, die über ca. 1015 Verbindungen miteinander verknüpft sind, verarbeitet es Millionen von Reizen innerhalb weniger Millisekunden. Die serielle Datenverarbeitung auf einer Von-Neumann-Architektur ist damit nicht vergleichbar. Es existieren allerdings stark vereinfachte Modelle zur Nachahmung dieses komplexen biologischen natürlichen Nervensystems, die als künstliche neuronale Netze (KNN) bezeichnet werden. Auch im Bereich der Mustererkennung hat sich der Einsatz von KNN bewährt, wobei besonders das Neokognitron eine gute Nachahmung der natürlichen Mustererkennung im visuellen Bereich verspricht. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der strukturellen und funktionalen Darstellung des Neokognitrons bei der Mustererkennung. Darüber hinaus werden Anwendungen vorgestellt, für die das Neokognitron implementiert wurde. Neben dem Neokognitron wird auch das Hopfield-Netz (HN) als klassisches KNN zur Mustererkennung erläutert. Entsprechend dieser Ausführungen wurde zusätzlich zur vorliegenden Arbeit ein E-Learning Modul (EM) für binäre HN prototypisch implementiert und wird in dieser Arbeit vorgestellt. Die vorliegende Arbeit ist wie folgt aufgebaut: Kapitel 2 gibt eine Einführung in die Mustererkennung, wobei zunächst eine Eingrenzung dieses Themengebietes für die vorliegende Arbeit erfolgt. Anschließend werden die Teilschritte eines allgemeinen Mustererkennungsprozesses erläutert. In diesen Prozess [...]