Frage: Könnten Sie mir bitte beantworten wie eine KI so erstellt wird wenn es um das Analysieren von Bildern geht

Christoph Palm Beantwortet am 16 Jun 2022:

Wir arbeiten mit künstlichen Neuronalen Netzen. Dabei werden die Farbwerte der Pixel eines Bildes in das Netz eingespeist und am Ende kommt eine Wahrscheinlichkeit heraus, ob in dem Bild z.B. eine Katze zu sehen ist oder nicht.

In der Bildverarbeitung verwendet man in der Regel die Faltungsoperation, um die Farbwerte der Bilder in Merkmale umzuwandeln. Ein Merkmal, um eine Katze zu erkennen, können z.B. die Schnurrhaare oder die länge des Schwanzes sein. Erst mal geht es aber gar nicht um so komplexe Merkmale, sondern um einfache Sachen wie Ecken oder starke Farbunterschiede. So ein Farbsprung ist meistens ein Hinweis darauf, dass ein Objekt aufhört und der Hintergrund anfängt. Einen Farbsprung nennen wir „Kante“.

Eine Faltung kannst Du Dir so vorstellen, dass sich der Computer einen kleinen Bildausschnitt ansieht, z.B. 5×5 Pixel und ein bestimmtes Merkmal überprüft, also z.B. ob sich in dem Bildausschnitt eine Ecke befindet. Wenn ja, dann wird ein hoher Wert an dieser Stelle in eine Art Merkmalsbild gespeichert, wenn nein, dann ein niedriger Wert.

Ein neuronales Faltungsnetz zur Bildanalyse nutzt ganz viele von diesen Faltungsoperationen und lernt selbstständig, welche Art von Merkmalen für die Entscheidung am Ende wichtig sind. Diese Merkmale bauen in der Regel aufeinander auf, d.h. wenn in der ersten Schicht Ecken und Kanten erkannt worden sind, werden diese Ecken und Kanten in der zweiten Schicht zusammengesetzt usw. bis so komplexe Dinge wie die Schnurrhaare eine Katze erkannt werden können und daraus die Vorhersage, ob eine Katze im Bild ist oder nicht, hergeleitet werden kann.

Das Lernen des Netzes funktioniert so, dass man für die Trainingsbilder weiß, was herauskommen soll und dann die Vorhersage des Netzes mit dieser „Grundwahrheit“ verglichen wird. Wenn die beiden sehr unterschiedlich sind, verändert das Netz die Faltungsoperationen, um etwas andere Merkmale zu lernen und besser zu werden.