Модуль 1. Введення в теорію розпізнавання образів Змістовий модуль 1. Основні поняття теорії розпізнавання образів

Розпізнавання образів є однією з найбільш фундаментальних проблем теорії інтелектуальних систем. З іншого боку, задача розпізнавання образів має величезне практичне значення.

Однією з найцікавіших властивостей мозку людини є його здатність відповідати на нескінченну множину станів зовнішнього середовища скінченою кількістю реакцій. Завдяки цій властивості інформація про зовнішній світ зберігається в згорнутому стані, що дає можливість збільшити її обсяг для запамятовування. Наприклад, одне і теж слово, вимовлене різними особами, має для людини один і той же зміст.

Приклад 1. Визначити, яку літеру алфавіту означає наведена множина символів: { , а, , A, А}.

Розв’язання: з свого досвіду читання різних текстів з різними стилем напису ми знаємо, що приведені символи означають літеру алфавіту А.

В даному випадку зрозуміло, що розпізнавання людиною образів зводиться до оцінки відносного шансу на те, що вхідні дані відповідають тій чи іншій з відомих множин статистичних сукупностей, що визначаються минулим досвідом людини і представляють апріорну інформацію для розпізнавання.

Приклад 2. Об’єднати між собою подібні зображення, наведені на рис. 1

Рис. 1. – Приклади зображень

Розв’язання: На зображеннях а, г, е лінії або паралельні, або перетинаються під дуже малим кутом; на зображеннях б, в, д лінії перетинаються під великим кутом.

З даного прикладу випливає, що людина об’єднує об’єкти і явища зовнішнього світу в групи за деякими спільними властивостями і присвоює цим групам однакове поняття.

Властивість людини відносити низку подібних явищ до одного і того ж поняття називається розпізнаванням. Це поняття, яке формується людиною про деяку множину подібних між собою об’єктів зовнішнього світу, називається образом. Розпізнавання полягає, таким чином, в перетворенні вхідної інформації, в якості якої доречно розглядати деякі параметри, ознаки об’єктів, в вихідну, що уявляє собою висновок про те, до якого образу відноситься об’єкт, що підлягає розпізнаванню.

Розпізнавання образів - процес, при якому на підставі багаточисленних характеристик (ознак) деякого об'єкту визначаються одна або декілька найбільш істотних, але недоступних для безпосереднього визначення, його характеристик, зокрема, його приналежність до певного класу об'єктів. Вирішити задачу розпізнавання - значить знайти на підставі не прямих даних правила, по яких кожному набору значень ознак деякого об'єкту ставиться у відповідність одне із заданої множини можливих рішень, що визначають суттєві характеристики цього об'єкту.

Замість терміну «розпізнавання» часто використовується інший термін - «класифікація». Ці два терміни у багатьох випадках розглядаються як синоніми, але не є повністю взаємозамінюваними. Кожний з цих термінів має свої сфери застосування, і інтерпретація обох термінів часто залежить від специфіки конкретної задачі.

Наведемо деякі типові постановки задач розпізнавання (класифікації).

1. Завдання ідентифікації, яка полягає у тому, щоб вирізнити певний конкретний об’єкт серед йому подібних (наприклад, розпізнати серед потоку автомобілів машину певної марки).

2. Віднесення об’єкту до того чи іншого класу. Це може бути, наприклад, задача розпізнавання літер або прийняття рішення про наявність дефекту у деякій технічній деталі автомобілю. Віднесення об’єкта до певного класу відображає найбільш типову проблему класифікації. Коли говорять про розпізнавання образів, найчастіше мають на увазі саме цю проблему. Саме її ми і будемо розглядати в першу чергу.

3. Кластерний аналіз, який полягає в розділенні заданого набору об’єктів на класи - групи об’єктів, схожі між собою за тим чи іншим критерієм. Цю задачу часто називають класифікацією без учителя, оскільки, на відміну від другої задачі, класи апріорно не задані.

Проблеми розпізнавання легко вирішуються людьми, причому робиться це, як правило, підсвідомо. Основна проблема при побудові системи розпізнавання полягає у тому, що часто неможливо адекватно визначити ознаки, на основі яких слід здійснювати розпізнавання. Для задач, для яких такі ознаки вдається виділити, штучні системи розпізнавання набули значного поширення і широко використовуються.