Um dos principais desafios remanescentes em Inteligência Artificial é como fazer sistemas inteligentes ancorar abstrações de alto nível na realidade. Pelo menos parte do problema vai em direção da questão de qual arcabouço de representação é mais apropriado de maneira que facilite o reconhecimento de objetos. A cognição em animais, particularmente em humanos, pode dar pistas de como tal arcabouço de representação se parece. Estudos na cognição do reconhecimento de objetos sugere que o problema da representação na cognição incorpora informações a respeito de similaridade e informação holística-estrutural (i.e. todo-parte) a respeito de conceitos. Temos a visão de que sistemas computacionais que lidam com relações de todo-parte deveriam representar informações holístico-estruturais e similaridade. No entanto, não existe arcabouço de representação que permite tais informações serem representadas de forma integrada. Esta tese propõe um arcabouço de representação de informação de similaridade entre estruturas de todo-parte. Nossa proposta é baseada na teoria dos espaços conceituais. Estes são espaços matemáticos onde regiões e pontos representam conceitos e objetos respectivamente, tal que a distância entre estas entidades denota a sua similaridade. Na nossa proposta, todos e partes são representados em espaços conceituais distintos, chamados espaços holísticos e estruturais. Espaços holísticos permitem o julgamento de similaridade sistemático entre todos. Por outro lado, espaços estruturais permitem o julgamento de similaridade sistemático entre estrutura de partes. Um ponto em um espaço estrutural denota uma estrutura particular de partes; regiões neste espaço representam diferentes tipos de estruturas de parte. Através da redefinição de espaços conceituais como um produto de espaços holísticos e estruturais, nosso objetivo é permitir a representação de informações de similaridade entre diferentes todos, levando em consideração a similaridade entre partes compartilhadas e suas configurações. Esta tese tem três contribuições principais: uma teoria geral sobre espaços holísticos e estruturais; uma formalização da teoria fundada em produto de espaços métricos; e um algoritmo genérico para reconhecimento de objetos, implementando processamento holístico-estrutural. / One of main remaining challenges in Artificial Intelligence is how to make intelligent systems to ground high-level abstractions in reality. At least part of this problem comes down to the question of what representation framework is best suited in a way that facilitates object recognition. Animal cognition, particularly in humans, can give a clue of how such representation framework looks like. Studies on the cognition of object recognition suggests that representation in cognition incorporates similarity and holistic-structural (i.e. whole-part) information about concepts. We hold the view that computer systems dealing with part-whole relations should be able to represent similarity and holistic-structural information. However, there exists no representation framework that allows such information to be represented in an integrated way. This thesis proposes a concept representation framework for representing information about similarity between part-whole structures. We base our proposal on the theory of conceptual spaces, which are mathematical spaces where regions and points represent concepts and objects respectively, such that their distance denotes their similarity. In our proposal, parts and wholes are represented in distinct conceptual spaces called holistic and structure spaces. Holistic spaces allow for systematic similarity judgements between wholes. On the other hand, structure spaces allow for systematic similarity judgement between structures of parts. A point in the structure space denotes a particular part structure; regions in the space represent different general types of part structures. By redefining conceptual spaces as a product of holistic and structure spaces, our goal is to allow one to represent similarity information between different wholes, taking into consideration the similarity between shared parts and their configurations. This thesis has three main contributions: a general theory about holistic and structure spaces; a formulation of the theory founded on products of metric spaces; and a generic algorithm for object recognition implementing holistic-structural processing.

Um dos principais desafios remanescentes em Inteligência Artificial é como fazer sistemas inteligentes ancorar abstrações de alto nível na realidade. Pelo menos parte do problema vai em direção da questão de qual arcabouço de representação é mais apropriado de maneira que facilite o reconhecimento de objetos. A cognição em animais, particularmente em humanos, pode dar pistas de como tal arcabouço de representação se parece. Estudos na cognição do reconhecimento de objetos sugere que o problema da representação na cognição incorpora informações a respeito de similaridade e informação holística-estrutural (i.e. todo-parte) a respeito de conceitos. Temos a visão de que sistemas computacionais que lidam com relações de todo-parte deveriam representar informações holístico-estruturais e similaridade. No entanto, não existe arcabouço de representação que permite tais informações serem representadas de forma integrada. Esta tese propõe um arcabouço de representação de informação de similaridade entre estruturas de todo-parte. Nossa proposta é baseada na teoria dos espaços conceituais. Estes são espaços matemáticos onde regiões e pontos representam conceitos e objetos respectivamente, tal que a distância entre estas entidades denota a sua similaridade. Na nossa proposta, todos e partes são representados em espaços conceituais distintos, chamados espaços holísticos e estruturais. Espaços holísticos permitem o julgamento de similaridade sistemático entre todos. Por outro lado, espaços estruturais permitem o julgamento de similaridade sistemático entre estrutura de partes. Um ponto em um espaço estrutural denota uma estrutura particular de partes; regiões neste espaço representam diferentes tipos de estruturas de parte. Através da redefinição de espaços conceituais como um produto de espaços holísticos e estruturais, nosso objetivo é permitir a representação de informações de similaridade entre diferentes todos, levando em consideração a similaridade entre partes compartilhadas e suas configurações. Esta tese tem três contribuições principais: uma teoria geral sobre espaços holísticos e estruturais; uma formalização da teoria fundada em produto de espaços métricos; e um algoritmo genérico para reconhecimento de objetos, implementando processamento holístico-estrutural. / One of main remaining challenges in Artificial Intelligence is how to make intelligent systems to ground high-level abstractions in reality. At least part of this problem comes down to the question of what representation framework is best suited in a way that facilitates object recognition. Animal cognition, particularly in humans, can give a clue of how such representation framework looks like. Studies on the cognition of object recognition suggests that representation in cognition incorporates similarity and holistic-structural (i.e. whole-part) information about concepts. We hold the view that computer systems dealing with part-whole relations should be able to represent similarity and holistic-structural information. However, there exists no representation framework that allows such information to be represented in an integrated way. This thesis proposes a concept representation framework for representing information about similarity between part-whole structures. We base our proposal on the theory of conceptual spaces, which are mathematical spaces where regions and points represent concepts and objects respectively, such that their distance denotes their similarity. In our proposal, parts and wholes are represented in distinct conceptual spaces called holistic and structure spaces. Holistic spaces allow for systematic similarity judgements between wholes. On the other hand, structure spaces allow for systematic similarity judgement between structures of parts. A point in the structure space denotes a particular part structure; regions in the space represent different general types of part structures. By redefining conceptual spaces as a product of holistic and structure spaces, our goal is to allow one to represent similarity information between different wholes, taking into consideration the similarity between shared parts and their configurations. This thesis has three main contributions: a general theory about holistic and structure spaces; a formulation of the theory founded on products of metric spaces; and a generic algorithm for object recognition implementing holistic-structural processing.

Um dos principais desafios remanescentes em Inteligência Artificial é como fazer sistemas inteligentes ancorar abstrações de alto nível na realidade. Pelo menos parte do problema vai em direção da questão de qual arcabouço de representação é mais apropriado de maneira que facilite o reconhecimento de objetos. A cognição em animais, particularmente em humanos, pode dar pistas de como tal arcabouço de representação se parece. Estudos na cognição do reconhecimento de objetos sugere que o problema da representação na cognição incorpora informações a respeito de similaridade e informação holística-estrutural (i.e. todo-parte) a respeito de conceitos. Temos a visão de que sistemas computacionais que lidam com relações de todo-parte deveriam representar informações holístico-estruturais e similaridade. No entanto, não existe arcabouço de representação que permite tais informações serem representadas de forma integrada. Esta tese propõe um arcabouço de representação de informação de similaridade entre estruturas de todo-parte. Nossa proposta é baseada na teoria dos espaços conceituais. Estes são espaços matemáticos onde regiões e pontos representam conceitos e objetos respectivamente, tal que a distância entre estas entidades denota a sua similaridade. Na nossa proposta, todos e partes são representados em espaços conceituais distintos, chamados espaços holísticos e estruturais. Espaços holísticos permitem o julgamento de similaridade sistemático entre todos. Por outro lado, espaços estruturais permitem o julgamento de similaridade sistemático entre estrutura de partes. Um ponto em um espaço estrutural denota uma estrutura particular de partes; regiões neste espaço representam diferentes tipos de estruturas de parte. Através da redefinição de espaços conceituais como um produto de espaços holísticos e estruturais, nosso objetivo é permitir a representação de informações de similaridade entre diferentes todos, levando em consideração a similaridade entre partes compartilhadas e suas configurações. Esta tese tem três contribuições principais: uma teoria geral sobre espaços holísticos e estruturais; uma formalização da teoria fundada em produto de espaços métricos; e um algoritmo genérico para reconhecimento de objetos, implementando processamento holístico-estrutural. / One of main remaining challenges in Artificial Intelligence is how to make intelligent systems to ground high-level abstractions in reality. At least part of this problem comes down to the question of what representation framework is best suited in a way that facilitates object recognition. Animal cognition, particularly in humans, can give a clue of how such representation framework looks like. Studies on the cognition of object recognition suggests that representation in cognition incorporates similarity and holistic-structural (i.e. whole-part) information about concepts. We hold the view that computer systems dealing with part-whole relations should be able to represent similarity and holistic-structural information. However, there exists no representation framework that allows such information to be represented in an integrated way. This thesis proposes a concept representation framework for representing information about similarity between part-whole structures. We base our proposal on the theory of conceptual spaces, which are mathematical spaces where regions and points represent concepts and objects respectively, such that their distance denotes their similarity. In our proposal, parts and wholes are represented in distinct conceptual spaces called holistic and structure spaces. Holistic spaces allow for systematic similarity judgements between wholes. On the other hand, structure spaces allow for systematic similarity judgement between structures of parts. A point in the structure space denotes a particular part structure; regions in the space represent different general types of part structures. By redefining conceptual spaces as a product of holistic and structure spaces, our goal is to allow one to represent similarity information between different wholes, taking into consideration the similarity between shared parts and their configurations. This thesis has three main contributions: a general theory about holistic and structure spaces; a formulation of the theory founded on products of metric spaces; and a generic algorithm for object recognition implementing holistic-structural processing.

En recherche d'images aujourd'hui, nous manipulons souvent de grands volumes d'images, qui peuvent varier ou même arriver en continu. Dans une base d'images, on se retrouve ainsi avec certaines images anciennes et d'autres nouvelles, les premières déjà indexées et possiblement annotées et les secondes en attente d'indexation ou d'annotation. Comme la base n'est pas annotée uniformément, cela rend l'accès difficile par le biais de requêtes textuelles. Nous présentons dans ce travail différentes techniques pour interagir, naviguer et rechercher dans ce type de bases d'images. Premièrement, un modèle d'interaction à court terme est utilisé pour améliorer la précision du système. Deuxièmement, en se basant sur un modèle d'interaction à long terme, nous proposons d'associer mots textuels et caractéristiques visuelles pour la recherche d'images par le texte, par le contenu visuel, ou mixte texte/visuel. Ce modèle de recherche d'images permet de raffiner itérativement l'annotation et la connaissance des images. Nous identifions quatre contributions dans ce travail. La première contribution est un système de recherche multimodale d'images qui intègre différentes sources de données, comme le contenu de l'image et le texte. Ce système permet l'interrogation par l'image, l'interrogation par mot-clé ou encore l'utilisation de requêtes hybrides. La deuxième contribution est une nouvelle technique pour le retour de pertinence combinant deux techniques classiques utilisées largement dans la recherche d'information~: le mouvement du point de requête et l'extension de requêtes. En profitant des images non pertinentes et des avantages de ces deux techniques classiques, notre méthode donne de très bons résultats pour une recherche interactive d'images efficace. La troisième contribution est un modèle nommé "Sacs de KVR" (Keyword Visual Representation) créant des liens entre des concepts sémantiques et des représentations visuelles, en appui sur le modèle de Sac de Mots. Grâce à une stratégie d'apprentissage incrémental, ce modèle fournit l'association entre concepts sémantiques et caractéristiques visuelles, ce qui contribue à améliorer la précision de l'annotation sur l'image et la performance de recherche. La quatrième contribution est un mécanisme de construction incrémentale des connaissances à partir de zéro. Nous ne séparons pas les phases d'annotation et de recherche, et l'utilisateur peut ainsi faire des requêtes dès la mise en route du système, tout en laissant le système apprendre au fur et à mesure de son utilisation. Les contributions ci-dessus sont complétées par une interface permettant la visualisation et l'interrogation mixte textuelle/visuelle. Même si pour l'instant deux types d'informations seulement sont utilisées, soit le texte et le contenu visuel, la généricité du modèle proposé permet son extension vers d'autres types d'informations externes à l'image, comme la localisation (GPS) et le temps. / As regard image retrieval today, we often manipulate large volumes of images, which may vary or even update continuously. In an image database, we end up with both old and new images, the first possibly already indexed and annotated and the latter waiting for indexing or annotation. Since the database is not annotated consistently, it is difficult to use text queries. We present in this work different techniques to interact, navigate and search in this type of image databases. First, a model for short term interaction is used to improve the accuracy of the system. Second, based on a model of long terminteraction, we propose to combine semantic concepts and visual features to search for images by text, visual content or a mix between text and visual content. This model of image retrieval can iteratively refine the annotation of images.We identify four contributions in this work. The first contribution is a system for multimodal retrieval of images which includes different kinds of data, like visual content and text. This system can be queried by images, by keywords or by hybrid text/visual queries. The second contribution is a novel technique of relevance feedback combining 2 classic techniques: query point movement and query expansion. This technique profits for non-pertinent feedback and combines the advantages of both classic techniques and improve performance for interactive image retrieval. The third contribution is a model based on visual representations of keywords (KVR: Keyword Visual Representation) that create links between textand visual content, based on long term interaction. With the strategy of incremental learning, this model provides an association between semantic concepts and visual features that help improve the accuracy of image annotation and image retrieval. Moreover, the visual representation of textual concept gives users the ability to query the system by text queries or mixed queries text / images, even if the image database is only partially annotated. The fourth contribution, under the assumption that knowledge is not available early in most image retrieval systems, is a mechanism for incremental construction of knowledge from scratch. We do not separate phases of retrieval and annotation, and the user can makequeries from the start of the system, while allowing the system to learn incrementally when it is used. The contributions above are completed by an interface for viewing and querying mixing textual and visual content. Although at present only two types of information are used, the text and visual content, the genericity of the proposed model allows its extension to other types of external information, such as location (GPS) and time.