Spelling suggestions: "subject:"syntetisk data"" "subject:"syntetiska data""
1 |
Segmentation of x-ray images using deep learning trained on synthetic data / Segmentering av röntgenbilder genom djupinlärning tränad på syntetisk dataLarsson, Marcus January 2023 (has links)
Radiograph examinations play a critical role in various applications such as the detection of bone pathologies and lung cancer, despite the challenge of false negatives. The integration of Artificial Intelligence (AI) holds promise in enhancing image quality and assisting radiologists in their diagnostic processes. However, the scarcity of annotated high-quality data poses a significant hurdle in training AI models effectively. In this thesis, we propose a method for training deep learning models using synthetic data to achieve segmentation of X-ray images. Realistic, simulated, images were generated, enabling segmentation of anatomical structures, including the spine, ribs, scapula, clavicle, and lungs, on a test set comprised of other simulated images. The foremost emphasize was placed on the segmentation of the spine, where we obtained a Dice score of 0.87. Significant advancements have also been made in the application of the model to real clinical images, demonstrating successful segmentation in certain instances. Further generalization of the model opens up numerous avenues for future exploration of deep learning in radiography. / Röntgenundersökningar har en avgörande roll inom flera områden, såsom detektering av bensjukdomar och lungcancer, trots en stor andel falska negativa resultat. Artificiell intelligens (AI) är ett lovande verktyg för att förbättra bildkvaliteten och underlätta radiologers arbete att diagnostisera patienter. Det är dock en brist på högkvalitativ, annoterad, data, vilket är ett signifikant hinder för effektiv träning av AI-modeller. I detta arbete presenteras en metod för att träna djupinlärningsmodeller med hjälp av syntetisk data för att segmentera anatomier på röntgenbilder. Realistiska, simulerade, bilder genererades och möjliggjorde segmentering av ryggrad, revben, skulderblad, nyckelben och lungor på ett testset bestående av andra simulerade bilder. Störst vikt lades på segmentering av ryggrad, där ett Dice-resultat på 0.87 uppnåddes. Betydande framsteg har också gjorts i tillämpningen av modellen till verkliga kliniska bilder och lyckade segmenteringar åstadkoms i vissa exempel. Ytterligare generalisering av modellen skulle öppna upp många möjligheter att undersöka användning av djupinlärning för röntgenbilder.
|
2 |
Synthetic Data Generation Using Transformer Networks / Textgenerering med transformatornätverk : Skapa text från ett syntetiskt dataset i tabellformCampos, Pedro January 2021 (has links)
One of the areas propelled by the advancements in Deep Learning is Natural Language Processing. These continuous advancements allowed the emergence of new language models such as the Transformer [1], a deep learning model based on attention mechanisms that takes a sequence of symbols as input and outputs another sequence, attending to the input during its generation. This model is often used in translation, text summarization and text generation, outperforming previous used methods such as Recurrent Neural Networks and Generative Adversarial Networks. The problem statement provided by the company Syndata for this thesis is related to this new architecture: Given a tabular dataset, create a model based on the Transformer that can generate text fields considering the underlying context from the rest of the accompanying fields. In an attempt to accomplish this, Syndata has previously implemented a recurrent model, nevertheless, they’re confident that a Transformer could perform better at this task. Their goal is to improve the solution provided with the implementation of a model based on the Transformer architecture. The implemented model should then be compared to the previous recurrent model and it’s expected to outperform it. Since there aren’t many published research articles where Transformers are used for synthetic tabular data generation, this problem is fairly original. Four different models were implemented: a model that is based on the GPT architecture [2], an LSTM [3], a Bidirectional-LSTM with an Encoder- Decoder structure and the Transformer. The first two models are autoregressive models and the later two are sequence-to-sequence models which have an Encoder-Decoder architecture. We evaluated each one of them based on 3 different aspects: on the distribution similarity between the real and generated datasets, on how well each model was able to condition name generation considering the information contained in the accompanying fields and on how much real data the model compromised after generation, which addresses a privacy related issue. We found that the Encoder-Decoder models such as the Transformer and the Bidirectional LSTM seem to perform better for this type of synthetic data generation where the output (or the field to be predicted) has to be conditioned by the rest of the accompanying fields. They’ve outperformed the GPT and the RNNmodels in the aspects that matter most to Syndata: keeping customer data private and being able to correctly condition the output with the information contained in the accompanying fields. / Deep learning har lett till stora framsteg inom textbaserad språkteknologi (Natural Language Processing) där en typ av maskininlärningsarkitektur kallad Transformers[1] har haft ett extra stort intryck. Dessa modeller använder sig av en så kallad attention mekanism, tränas som språkmodeller (Language Models), där de tar in en sekvens av symboler och matar ut en annan. Varje steg i den utgående sekvensen beror olika mycket på steg i den ingående sekvensen givet vad denna attention mekanism lärt sig vara relevant. Dessa modeller används för översättning, sammanfattning och textgenerering och har överträffat andra arkitekturer som Recurrent Neural Networks, RNNs samt Generative Adversarial Networks. Problemformuleringen för denna avhandling kom från företaget Syndata och är relaterat till denna arkitektur: givet tabellbaserad data, implementera en Transformer som genererar textfält beroende av informationen i de medföljande tabellfälten. Syndata har tidigare implementerat ett RNN för detta ändamål men är övertygande om att en Transformer kan prestera bättre. Målet för denna avhandling är att implementera en Transformer och jämföra med den tidigare implementationen med hypotesen att den kommer att prestera bättre. Det underliggande målet är att givet data i tabellform kunna generera ny syntetisk data, användbar för industrin, där problem kring integritet och privat information kan minimeras. Fyra modeller implementerades: en Transformermodel baserad på GPT- arkitekturen[ 2], en LSTM[3]-modell, en encoder-decoder Transformer och en BiLSTM-modell. De två förstnämnda modellerna är auto-regressiva och de senare två är sequence-to-sequence som har en encoder-decoder arkitektur. Dessa modeller utvärderades och jämfördes givet tre kriterier: hur lik sannolikhetsfördelningen mellan den verkliga och den genererade datamängden, hur mycket varje modell baserade generationen på de medföljande fälten och hur mycket verklig data som komprometteras genom synteseringen. Slutsatsen var att Encoder-Decoder varianterna, Transformern och BiLSTM, var bättre för att syntesera data i tabellformat, där utdatan (eller fälten som ska genereras) ska uppvisa ett starkt beroende av resten av de medföljande fälten. De överträffade GPT- och RNN- modellerna i de aspekter som betyder mest för Syndata att hålla kunddata privat och att den syntetiserade datan ska vara beroende av informationen i de medföljande fälten.
|
3 |
Learning from 3D generated synthetic data for unsupervised anomaly detectionFröjdholm, Hampus January 2021 (has links)
Modern machine learning methods, utilising neural networks, require a lot of training data. Data gathering and preparation has thus become a major bottleneck in the machine learning pipeline and researchers often use large public datasets to conduct their research (such as the ImageNet [1] or MNIST [2] datasets). As these methods begin being used in industry, these challenges become apparent. In factories objects being produced are often unique and may even involve trade secrets and patents that need to be protected. Additionally, manufacturing may not have started yet, making real data collection impossible. In both cases a public dataset is unlikely to be applicable. One possible solution, investigated in this thesis, is synthetic data generation. Synthetic data generation using physically based rendering was tested for unsupervised anomaly detection on a 3D printed block. A small image dataset was gathered of the block as control and a data generation model was created using its CAD model, a resource most often available in industrial settings. The data generation model used randomisation to reduce the domain shift between the real and synthetic data. For testing the data, autoencoder models were trained, both on the real and synthetic data separately and in combination. The material of the block, a white painted surface, proved challenging to reconstruct and no significant difference between the synthetic and real data could be observed. The model trained on real data outperformed the models trained on synthetic and the combined data. However, the synthetic data combined with the real data showed promise with reducing some of the bias intentionally introduced in the real dataset. Future research could focus on creating synthetic data for a problem where a good anomaly detection model already exists, with the goal of transferring some of the synthetic data generation model (such as the materials) to a new problem. This would be of interest in industries where they produce many different but similar objects and could reduce the time needed when starting a new machine learning project.
|
4 |
Syntetisering av tabulär data: En systematisk litteraturstudie om verktyg för att skapa syntetiska datasetAllergren, Erik, Hildebrand, Clara January 2023 (has links)
De senaste åren har efterfrågan på stora mängder data för att träna maskininläringsalgoritmer ökat. Algoritmerna kan användas för att lösa stora som små samhällsfrågor och utmaningar. Ett sätt att möta efterfrågan är att generera syntetisk data som bibehåller statistiska värden och egenskaper från verklig data. Den syntetiska datan möjliggör generering av stora mängder data men är också bra då den minimerar risken för att personlig integritet röjd och medför att data kan tillgängliggöras för forskning utan att identiteter röjs. I denna studie var det övergripande syftet att undersöka och sammanställa vilka verktyg för syntetisering av tabulär data som finns beskrivna i vetenskapliga publiceringar på engelska. Studien genomfördes genom att följa de åtta stegen i en systematisk litteraturstudie med tydligt definierade kriterier för vilka artiklar som skulle inkluderas eller exkluderas. De främsta kraven för artiklarna var att de beskrivna verktygen existerar i form av kod eller program, alltså inte enbart i teorin, samt var generella och applicerbara på olika tabulära dataset. Verktygen fick därmed inte bara fungera eller vara anpassad till ett specifikt dataset eller situation. De verktyg som fanns beskrivna i de återstående artiklarna efter genomförd sökning och därmed representeras i resultatet är (a) Synthpop, ett verktyg som togs fram i ett projekt för UK Longitudinal Studies för att kunna hantera känslig data och personuppgifter; (b) Gretel, ett kommersiellt och open-source verktyg som uppkommit för att möta det ökade behovet av träningsdata; (c) UniformGAN, en ny variant av GAN (Generative Adversarial Network) som genererar syntetiska tabulära dataset medan sekretess säkerställs samt; (d) Synthia, ett open-source paket för Python som är gjort för att generera syntetisk data med en eller flera variabler, univariat och multivariat data. Resultatet visade att verktygen använder sig av olika metoder och modeller för att framställa syntetisk data samt har olika grad av tillgänglighet. Gretel framträdde mest från verktygen, då den är mer kommersiell med fler tjänster samt erbjuder möjligheten att generera syntetiskt data utan att ha goda kunskaper i programmering. / During the last years the demand for big amounts of data to train machine learning algorithms has increased. The algorithms can be used to solve real world problems and challenges. A way to meet the demand is to generate synthetic data that preserve the statistical values and characteristics from real data. The synthetic data makes it possible to obtain large amounts of data, but is also good since it minimizes the risk for privacy issues in micro data. In that way, this type of data can be made accessible for important research without disclosure and potentially harming personal integrity. In this study, the overall aim was to examine and compile which tools for generation of synthetic data are described in scientific articles written in English. The study was conducted by following the eight steps of systematic literature reviews with clearly defined requirements for which articles to include or exclude. The primary requirements for the articles were that the described tools where existing in the form of accessible code or program and that they could be used for general tabular datasets. Thus the tools could not be made just for a specific dataset or situation. The tools that were described in the remaining articles after the search, and consequently included in the result of the study, was (a) Synthpop, a tool developed within the UK Longitudinal Studies to handle sensitive data containing personal information; (b) Gretel, a commercial and open source tool that was created to meet the demand for training data; (c) UniformGAN, a new Generative Adversarial Network that generates synthetic data while preserving privacy and (d) Synthia, a Python open-source package made to generate synthetic univariate and multivariate data. The result showed that the tools use different methods and models to generate synthetic data and have different degrees of accessibility. Gretel is distinguished from the other tools, since it is more commercial with several services and offers the possibility to generate synthetic data without good knowledge in programming.
|
5 |
Inferring 3D trajectory from monocular data using deep learning / Inferens av 3D bana utifrån 2D data med djupa arkitekturerSellstedt, Victor January 2021 (has links)
Trajectory estimation, with regards to reconstructing a 3D trajectory from a 2D trajectory, is commonly achieved using stereo or multi camera setups. Although projections from 3D to 2D suffer significant information loss, some methods approach this problem from a monocular perspective to address limitations of multi camera systems, such as requiring points in to be observed by more than one camera. This report explores how deep learning methodology can be applied to estimation of golf balls’ 3D trajectories using features from synthetically generated monocular data. Three neural network architectures for times series analysis, Long Short-Term Memory (LSTM), Bidirectional LSTM(BLSTM), and Temporal Convolutional Network (TCN); are compared to a simpler Multi Layer Perceptron (MLP) baseline and theoretical stereo error. The results show the models’ performances are varied with median performances often significantly better than average, caused by some predictions with very large errors. Overall the BLSTM performed best of all models both quantitatively and qualitatively, for some ranges with a lower error than a stereo estimate with an estimated disparity error of 1. Although the performance of the proposed monocular approaches do not outperform a stereo system with a lower disparity error, the proposed approaches could be good alternatives where stereo solutions might not be possible. / Lösningar för inferens av 3D banor utifrån 2D sekvenser använder sig ofta av två eller fler kameror som datakällor. Trots att mycket information förloras i projektionen till kamerabilden använder sig vissa lösningar sig av endast en kamera. En sådan monokulär lösning kan vara mer fördelaktiga än multikamera lösningar i vissa fall, såsom när ett objekt endast är synligt av ena kamera. Denna rapport undersöker hur metoder baserade på djupa arkitekturer kan användas för att uppskatta golfbollars 3D banor med variabler som skapas utifrån syntetiskt genererad monokulär data. Tre olika arkitekturer för tidsserieanalys Long Short-Term Memory (LSTM), Bidirectional LSTM (BLSTM) och Temporal Convolutional Neural Network (TCN) jämförs mot en enklare Multi Layer Perceptron (MLP) och teoretiska stereo-fel. Resultaten visar att modellerna har en varierad prestation med median resultaten ofta mycket bättre än medelvärdena, på grund av några förutsägelser med stora fel. Överlag var den bästa modellen BLSTM:en både kvantitativt och kvalitativt samt bättre än stereo lösningen med högre fel för vissa intervall. Resultaten visar dock på att modellerna är tydligt sämre en stereo systemet med lägre fel. Trots detta kan de föreslagna metoderna utgöra bra alternativ för lösningar där stereo system inte kan användas.
|
6 |
Synthetic Data Generation for the Financial Industry Using Generative Adversarial Networks / Generering av Syntetisk Data för Finansbranchen med Generativa Motstridande NätverkLjung, Mikael January 2021 (has links)
Following the introduction of new laws and regulations to ensure data protection in GDPR and PIPEDA, interests in technologies to protect data privacy have increased. A promising research trajectory in this area is found in Generative Adversarial Networks (GAN), an architecture trained to produce data that reflects the statistical properties of its underlying dataset without compromising the integrity of the data subjects. Despite the technology’s young age, prior research has made significant progress in the generation process of so-called synthetic data, and the current models can generate images with high-quality. Due to the architecture’s success with images, it has been adapted to new domains, and this study examines its potential to synthesize financial tabular data. The study investigates a state-of-the-art model within tabular GANs, called CTGAN, together with two proposed ideas to enhance its generative ability. The results indicate that a modified training dynamic and a novel early stopping strategy improve the architecture’s capacity to synthesize data. The generated data presents realistic features with clear influences from its underlying dataset, and the inferred conclusions on subsequent analyses are similar to those based on the original data. Thus, the conclusion is that GANs has great potential to generate tabular data that can be considered a substitute for sensitive data, which could enable organizations to have more generous data sharing policies. / Med striktare förhållningsregler till hur data ska hanteras genom GDPR och PIPEDA har intresset för anonymiseringsmetoder för att censurera känslig data aktualliserats. En lovande teknik inom området återfinns i Generativa Motstridande Nätverk, en arkitektur som syftar till att generera data som återspeglar de statiska egenskaperna i dess underliggande dataset utan att äventyra datasubjektens integritet. Trots forskningsfältet unga ålder har man gjort stora framsteg i genereringsprocessen av så kallad syntetisk data, och numera finns det modeller som kan generera bilder av hög realistisk karaktär. Som ett steg framåt i forskningen har arkitekturen adopterats till nya domäner, och den här studien syftar till att undersöka dess förmåga att syntatisera finansiell tabelldata. I studien undersöks en framträdande modell inom forskningsfältet, CTGAN, tillsammans med två föreslagna idéer i syfte att förbättra dess generativa förmåga. Resultaten indikerar att en förändrad träningsdynamik och en ny optimeringsstrategi förbättrar arkitekturens förmåga att generera syntetisk data. Den genererade datan håller i sin tur hög kvalité med tydliga influenser från dess underliggande dataset, och resultat på efterföljande analyser mellan datakällorna är av jämförbar karaktär. Slutsatsen är således att GANs har stor potential att generera tabulär data som kan betrakatas som substitut till känslig data, vilket möjliggör för en mer frikostig delningspolitik av data inom organisationer.
|
7 |
Measuring the Utility of Synthetic Data : An Empirical Evaluation of Population Fidelity Measures as Indicators of Synthetic Data Utility in Classification Tasks / Mätning av Användbarheten hos Syntetiska Data : En Empirisk Utvärdering av Population Fidelity mätvärden som Indikatorer på Syntetiska Datas Användbarhet i KlassifikationsuppgifterFlorean, Alexander January 2024 (has links)
In the era of data-driven decision-making and innovation, synthetic data serves as a promising tool that bridges the need for vast datasets in machine learning (ML) and the imperative necessity of data privacy. By simulating real-world data while preserving privacy, synthetic data generators have become more prevalent instruments in AI and ML development. A key challenge with synthetic data lies in accurately estimating its utility. For such purpose, Population Fidelity (PF) measures have shown to be good candidates, a category of metrics that evaluates how well the synthetic data mimics the general distribution of the original data. With this setting, we aim to answer: "How well are different population fidelity measures able to indicate the utility of synthetic data for machine learning based classification models?" We designed a reusable six-step experiment framework to examine the correlation between nine PF measures and the performance of four ML for training classification models over five datasets. The six-step approach includes data preparation, training, testing on original and synthetic datasets, and PF measures computation. The study reveals non-linear relationships between the PF measures and synthetic data utility. The general analysis, meaning the monotonic relationship between the PF measure and performance over all models, yielded at most moderate correlations, where the Cluster measure showed the strongest correlation. In the more granular model-specific analysis, Random Forest showed strong correlations with three PF measures. The findings show that no PF measure shows a consistently high correlation over all models to be considered a universal estimator for model performance.This highlights the importance of context-aware application of PF measures and sets the stage for future research to expand the scope, including support for a wider range of types of data and integrating privacy evaluations in synthetic data assessment. Ultimately, this study contributes to the effective and reliable use of synthetic data, particularly in sensitive fields where data quality is vital. / I eran av datadriven beslutsfattning och innovation, fungerar syntetiska data som ett lovande verktyg som bryggar behovet av omfattande dataset inom maskininlärning (ML) och nödvändigheten för dataintegritet. Genom att simulera verklig data samtidigt som man bevarar integriteten, har generatorer av syntetiska data blivit allt vanligare verktyg inom AI och ML-utveckling. En viktig utmaning med syntetiska data är att noggrant uppskatta dess användbarhet. För detta ändamål har mått under kategorin Populations Fidelity (PF) visat sig vara goda kandidater, det är mätvärden som utvärderar hur väl syntetiska datan efterliknar den generella distributionen av den ursprungliga datan. Med detta i åtanke strävar vi att svara på följande: Hur väl kan olika population fidelity mätvärden indikera användbarheten av syntetisk data för maskininlärnings baserade klassifikationsmodeller? För att besvara frågan har vi designat ett återanvändbart sex-stegs experiment ramverk, för att undersöka korrelationen mellan nio PF-mått och prestandan hos fyra ML klassificeringsmodeller, på fem dataset. Sex-stegs strategin inkluderar datatillredning, träning, testning på både ursprungliga och syntetiska dataset samt beräkning av PF-mått. Studien avslöjar förekommandet av icke-linjära relationer mellan PF-måtten och användbarheten av syntetiska data. Den generella analysen, det vill säga den monotona relationen mellan PF-måttet och prestanda över alla modeller, visade som mest medelmåttiga korrelationer, där Cluster-måttet visade den starkaste korrelationen. I den mer detaljerade, modell-specifika analysen visade Random Forest starka korrelationer med tre PF-mått. Resultaten visar att inget PF-mått visar konsekvent hög korrelation över alla modeller för att betraktas som en universell indikator för modellprestanda. Detta understryker vikten av kontextmedveten tillämpning av PF-mått och banar väg för framtida forskning för att utöka omfånget, inklusive stöd för ett bredare utbud för data av olika typer och integrering av integritetsutvärderingar i bedömningen av syntetiska data. Därav, så bidrar denna studie till effektiv och tillförlitlig användning av syntetiska data, särskilt inom känsliga områden där datakvalitet är avgörande.
|
8 |
Generation of Synthetic Traffic Sign Images using Diffusion ModelsCarlson, Johanna, Byman, Lovisa January 2023 (has links)
In the area of Traffic Sign Recognition (TSR), deep learning models are trained to detect and classify images of traffic signs. The amount of data available to train these models is often limited, and collecting more data is time-consuming and expensive. A possible complement to traditional data acquisition, is to generate synthetic images with a generative machine learning model. This thesis investigates the use of denoising diffusion probabilistic models for generating synthetic data of one or multiple traffic sign classes, when providing different amount of real images for that class (classes). In the few-sample method, the number of images used was from 1 to 1000, and zero images were used in the zero-shot method. The results from the few-sample method show that combining synthetic images with real images when training a traffic sign classifier, increases the performance in 3 out of 6 investigated cases. The results indicate that the developed zero-shot method is useful if further refined, and potentially could enable generation of realistic images of signs not seen in the training data.
|
9 |
Synthetic Graph Generation at Scale : A novel framework for generating large graphs using clustering, generative models and node embeddings / Storskalig generering av syntetiska grafer : En ny arkitektur för att tillverka stora grafer med hjälp av klustring, generativa modeller och nodinbäddningarHammarstedt, Johan January 2022 (has links)
The field of generative graph models has seen increased popularity during recent years as it allows us to model the underlying distribution of a network and thus recreate it. From allowing anonymization of sensitive information in social networks to data augmentation of rare diseases in the brain, the ability to generate synthetic data has multiple applications in various domains. However, most current methods face the bottleneck of trying to generate the entire adjacency matrix and are thus limited to graphs with less than tens of thousands of nodes. In contrast, large real-world graphs like social networks or transaction graphs can extend significantly beyond these boundaries. Furthermore, the current scalable approaches are predominantly based on stochasticity and do not capture local structures and communities. In this paper, we propose Graphwave Edge-Linking CELL or GELCELL, a novel three-step architecture for generating graphs at scale. First, instead of constructing the entire network, GELCELL partitions the data and generates each cluster separately, allowing for efficient and parallelizable training. Then, by encoding the nodes, it trains a classifier to predict the edges between the partitions to patch them together, creating a synthetic version of the original large graph. Although it does suffer from some limitations due to necessary constraints on the cluster sizes, the results showed that GELCELL, given optimized parameters, can produce graphs with reasonable accuracy on all data tested, with the largest having 400 000 nodes and 1 000 000 edges. / Generativa grafmodeller har sett ökad popularitet under de senaste åren eftersom det möjliggör modellering av grafens underliggande distribution, och vi kan på så sätt återskapa liknande kopior. Förmågan att generera syntetisk data har ett flertal applikationsområden i en mängd av områden, allt från att möjligöra anonymisering av känslig data i sociala nätverk till att utöka mängden tillgänglig data av ovanliga hjärnsjukdomar. Dagens metoder har länge varit begränsade till grafer med under tiotusental noder, då dessa inte är tillräckligt skalbara, men grafer som sociala nätverk eller transaktionsgrafer kan sträcka sig långt utöver dessa gränser. Dessutom är de nuvarande skalbara tillvägagångssätten till största delen baserade på stokasticitet och fångar inte lokala strukturer och kluster. I denna rapport föreslår vi ”Graphwave EdgeLinking CELL” eller GELCELL, en trestegsarkitektur för att generera grafer i större skala. Istället för att återskapa hela grafen direkt så partitionerar GELCELL all datat och genererar varje kluster separat, vilket möjliggör både effektiv och parallelliserbar träning. Vi kan sedan koppla samman grafen genom att koda noderna och träna en modell för att prediktera länkarna mellan kluster och återskapa en syntetisk version av originalet. Metoden kräver vissa antaganden gällande max-storleken på dess kluster men är flexibel och kan rymma domänkännedom om en specifik graf i form av informerad parameterinställning. Trots detta visar resultaten på varierade träningsdata att GELCELL, givet optimerade parametrar, är kapabel att genera grafer med godtycklig precision upp till den största beprövade grafen med 400 000 noder och 1 000 000 länkar.
|
10 |
Gaze tracking using Recurrent Neural Networks : Hardware agnostic gaze estimation using temporal features, synthetic data and a geometric modelMalmberg, Fredrik January 2022 (has links)
Vision is an important tool for us humans and significant effort has been put into creating solutions that let us measure how we use it. Most common among the techniques to measure gaze direction is to use specialised hardware such as infrared eye trackers. Recently, several Convolutional Neural Network (CNN) based architectures have been suggested yielding impressive results on single Red Green Blue (RGB) images. However, limited research has been done around whether using several sequential images can lead to improved tracking performance. Expanding this research to include low frequency and low quality RGB images can further open up the possibility to improve tracking performance for models using off-the-shelf hardware such as web cameras or smart phone cameras. GazeCapture is a well known dataset used for training RGB based CNN models but it lacks sequences of images and natural eye movements. In this thesis, a geometric gaze estimation model is introduced and synthetic data is generated using Unity to create sequences of images with both RGB input data as well as ground Point of Gaze (POG). To make these images more natural appearing domain adaptation is done using a CycleGAN. The data is then used to train several different models to evaluate whether temporal information can increase accuracy. Even though the improvement when using a Gated Recurrent Unit (GRU) based temporal model is limited over simple sequence averaging, the network achieves smoother tracking than a single image model while still offering faster updates over a saccade (eye movement) compared to averaging. This indicates that temporal features could improve accuracy. There are several promising future areas of related research that could further improve performance such as using real sequential data or further improving the domain adaptation of synthetic data. / Synen är ett viktigt sinne för oss människor och avsevärd energi har lagts ner på att skapa lösningar som låter oss mäta hur vi använder den. Det vanligaste sättet att göra detta idag är att använda specialiserad hårdvara baserad på infrarött ljus för ögonspårning. På senare tid har maskininlärning och modeller baserade på CNN uppnått imponerande resultat för enskilda RGB-bilder men endast begränsad forskning har gjorts kring huruvida användandet av en sekvens av högupplösta bilder kan öka prestandan för dessa modeller ytterligare. Genom att uttöka denna till bildserier med lägre frekvens och kvalitet kan det finnas möjligheter att förbättra prestandan för sekventiella modeller som kan använda data från standard-hårdvara såsom en webbkamera eller kameran i en vanlig telefon. GazeCapture är ett välkänt dataset som kan användas för att träna RGB-baserade CNN-modeller för enskilda bilder. Dock innehåller det inte bildsekvenser eller bilder som fångar naturliga ögonrörelser. För att hantera detta tränades de sekventiella modellerna i denna uppsats med data som skapats från 3D-modeller i Unity. För att den syntetiska datan skulle vara jämförbar med riktiga bilder anpassades den med hjälp av ett CycleGAN. Även om förbättringen som uppnåddes med sekventiella GRU-baserade modeller var begränsad jämfört med en modell som använde medelvärdet för sekvensen så uppnådde den tränade sekventiella modellen jämnare spårning jämfört med enbildsmodeller samtidigt som den uppdateras snabbare vid en sackad (ögonrörelse) än medelvärdesmodellen. Detta indikerar att den tidsmässiga information kan förbättra ögonspårning även för lågfrekventa bildserier med lägre kvalitet. Det finns ett antal intressanta områden att fortsätta undersöka för att ytterligare öka prestandan i liknande system som till exempel användandet av större mängder riktig sekventiell data eller en förbättrad domänanpassning av syntetisk data.
|
Page generated in 0.0882 seconds