{"id":6945,"date":"2019-08-13T07:12:11","date_gmt":"2019-08-13T05:12:11","guid":{"rendered":"urn:uuid:dddefb40-94d8-4164-869a-52d771bdd3f4"},"modified":"2019-08-13T07:12:11","modified_gmt":"2019-08-13T05:12:11","slug":"staubsauger-oder-bohrmaschine","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/staubsauger-oder-bohrmaschine\/","title":{"rendered":"Staubsauger oder Bohrmaschine"},"content":{"rendered":"

Ist es \u00fcberhaupt wichtig, dass zwischen Staubsauger und Bohrmaschine unterschieden werden kann? Wissenschaftliche Daten belegen oder widerlegen unsere Vorstellungen von den Dingen um uns herum. Wir messen, nehmen Stichproben, und versuchen, daraus allgemeing\u00fcltige Gesetzm\u00e4ssigkeiten zu formulieren. Mehr Daten k\u00f6nnen dabei die Zuverl\u00e4ssigkeit unserer Aussagen untermauern, z.B. unser Wasserverbrauch steigt, unsere Leistungsf\u00e4higkeit nimmt im Alter ab, oder wir verbringen mehr Zeit im Internet. Besonders unsere online-Aktivit\u00e4ten werden dabei genauestens untersucht. Bereitwillig teilen wir unsere Vorlieben mit Diensten, die wir auf unseren Smartphones, Fernsehern, Telekommunikationsverbindungen, Fotoarchiven etc. mehr oder weniger freiwillig installiert haben oder nutzen.<\/p>\n

Wenn ich meine mit dem Smartphone aufgenommenen Digitalfotos gleich auf dem Computer oder gar im Internet anschauen kann, ist das bequem und bringt mir Vorteile. Dem Dienstanbieter auch. Er kann die Fotos einsehen und analysieren. Er beurteilt das Foto als \u00abLandschaftsbild\u00bb oder \u00abGruppenfoto\u00bb, und ich f\u00fchle mich verstanden. Aha, das hat er ja richtig toll erkannt. Nicht so schlimm, wenn die Einsch\u00e4tzung des analysierenden \u00abGrossen Bruders\u00bb mal danebenliegt, und er meine Bilder von der belebten Uferpromenade als \u00abStau\u00bb kennzeichnet.<\/p>\n

Zusehends werden die Algorithmen zur Bilderkennung besser. Wir verdanken dies einerseits den Fortschritten im \u00abDeep Learning\u00bb. Das ist die Bezeichnung f\u00fcr bestimmte Auswerteverfahren, bei denen ein Bild zun\u00e4chst in seine Bildpunkte, d.h. Pixel zerlegt wird, und anschliessend durch viele Millionen einfacher Rechenschritte (z.B. Multiplikation und Addition) ausgewertet wird. So kann der Algorithmus feststellen, was im Bild gezeigt ist. Fr\u00fcher bezeichnete man diese Rechenverfahren oft als \u00abK\u00fcnstliches Neuronales Netz\u00bb, denn die Verbindung der Rechenvorschriften sind an die Verkn\u00fcpfung von Neuronen im Gehirn angelehnt. Andererseits m\u00fcssen sehr, sehr viele Bilder analysiert werden, um zuverl\u00e4ssige Aussagen \u00fcber den jeweiligen Bildinhalt machen zu k\u00f6nnen. Big Data ist dabei das Schlagwort, und die Bereitschaft, unsere Daten mit Datensammlern wie Microsoft, Google, Facebook etc. zu teilen, ist eine Voraussetzung f\u00fcr diese Entwicklungen.<\/p>\n

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Deep Learning bzw. K\u00fcnstliche Neuronale Netzwerke wie z.B. GoogLeNet oder AlexNet erkennen in Digitalbildern zuverl\u00e4ssig eine Vielzahl von dargestellten Objekten.<\/figcaption><\/figure>\n

Die Deep Learning Verfahren haben allerdings eine Reihe von Schw\u00e4chen: Es kommt zwar immer ein Ergebnis heraus, aber nicht immer liegt das Ergebnis in der N\u00e4he dessen, was eigentlich herauskommen sollte. Im Big Data Bereich ist das oft nicht weiter schlimm, denn von Hand k\u00f6nnen die Billionen von Digitalbildern l\u00e4ngst nicht mehr untersucht werden. Eine \u00abschlechte\u00bb Auswertung ist immer noch besser als gar keine Auswertung, und so gibt es eben \u00abStau\u00bb auf der Uferpromenade, obwohl doch eigentlich nur sommerlicher Betrieb herrscht. F\u00fcr ein zuverl\u00e4ssiges Messger\u00e4t ist das Verfahren aber nicht ohne Weiteres geeignet: So k\u00f6nnte das hochmoderne Deep Learning Spannungsmessger\u00e4t des Elektrikers harmlose 12V anzeigen, obwohl er die Messung doch eigentlich an der 230V Leitung vornimmt.<\/p>\n

Mit der Zeit wurden die neuronalen Netze immer leistungsf\u00e4higer, aber auch immer komplexer. Warum der Algorithmus bei der Bildanalyse zu einem bestimmten Ergebnis kommt, kann heute praktisch nicht mehr mit Sicherheit festgestellt werden. F\u00fcr die Fotos auf Twitter, Facebook, Pinterest, etc. ist das zwar teilweise \u00e4rgerlich, hat aber letztlich kaum Konsequenzen. Wenn aber eine Bank die Kreditw\u00fcrdigkeit einer Firma oder eines Privatkunden einsch\u00e4tzt, sind die Konsequenzen mitunter erheblich. Noch gravierender wiegt der Entscheid bei der Bildauswertung medizinischer Daten: Ist eine Tumorbehandlung notwendig oder nicht? Hier werden weltweit an ethischen Richtlinien gearbeitet, welche sich kritisch mit dem Einsatz von Deep Learning Verfahren auseinandersetzen.<\/p>\n

Ein weiteres Problem ergibt sich bei der Anpassung bestehender neuronaler Netze, d.h. durch Updates. Wenn die Rechenvorschriften angepasst werden, kann ich vielleicht zus\u00e4tzliche neue Objekteklassen im Bild erkennen, z.B. jetzt auch Pinguine und Raketen. Das ist zwar praktisch, dabei wird aber das ganze neuronale Netz ge\u00e4ndert. Dies bedeutet, dass die vorangegangenen Auswertungen jetzt vielleicht zu einem ganz anderen Ergebnis kommen w\u00fcrden. Stellen Sie sich das vor in einem Produktionsbetrieb, der die Qualit\u00e4t seiner Produkte sicherstellen m\u00f6chte. Ist die Qualit\u00e4t nun gegeben oder nicht?<\/p>\n

Das Foto der Bohrmaschine wird selbst von relativ einfachen Deep Learning Algorithmen, wie z.B. AlexNet oder GoogLeNet mit nahezu hundertprozentiger Sicherheit richtig erkannt. Allerdings muss ich das Foto richtig herum eingeben. Der Mensch erkennt die Bohrmaschine auch auf dem Kopf. GoogLeNet kommt zu einem anderen Ergebnis, und bezeichnet den gezeigten Gegenstand als \u00abStaubsauger\u00bb. AlexNet widerspricht: Das ist eine \u00abSchaufel\u00bb. Lassen wir die beiden ruhig streiten. In der Zwischenzeit k\u00f6nnten wir uns fragen, warum es schwierig ist in einer Online-Bilddatenbank einen bestimmten Gegenstand auf dem Kopf zu finden.<\/p>\n

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Entspricht das Bild nicht den eingelernten Bilddaten, liefern Deep Learning Verfahren dennoch ein Ergebnis. Nicht immer ist dies sinnvoll.<\/figcaption><\/figure>\n

Die Antwort ist klar: die weitaus \u00fcberwiegende Anzahl Bilder im Internet ist \u00abrichtig herum\u00bb, und diese Vorauswahl bei den zu Grunde liegenden Daten ist eine weitere Herausforderung bei Deep Learning. Die Bildanalyse funktioniert nicht vorurteilsfrei. Nicht alle m\u00f6glichen Eingangsbilder sind in der gleichen H\u00e4ufigkeit vertreten. Und so trifft die Bildanalyse nebenbei auch eine Vorauswahl, denn das Analyseergebnis entspricht mit sehr viel h\u00f6herer Wahrscheinlichkeit einem der h\u00e4ufig vorkommenden Eingangsdaten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":18,"featured_media":6948,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[215],"tags":[17,258,256,213,257,25],"acf":[],"yoast_head":"\nStaubsauger oder Bohrmaschine - FHGR Blog<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/staubsauger-oder-bohrmaschine\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Staubsauger oder Bohrmaschine - FHGR Blog\" \/>\n<meta property=\"og:url\" content=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/staubsauger-oder-bohrmaschine\/\" \/>\n<meta property=\"og:site_name\" content=\"FHGR Blog\" \/>\n<meta property=\"article:published_time\" content=\"2019-08-13T05:12:11+00:00\" \/>\n<meta property=\"og:image\" content=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/deep-learning.jpg\" \/>\n\t<meta property=\"og:image:width\" content=\"1000\" \/>\n\t<meta property=\"og:image:height\" content=\"622\" \/>\n<meta name=\"twitter:card\" content=\"summary_large_image\" \/>\n<meta name=\"twitter:image\" content=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/deep-learning.jpg\" \/>\n<meta name=\"twitter:label1\" content=\"Gesch\u00e4tzte Lesezeit\">\n\t<meta name=\"twitter:data1\" content=\"4 Minuten\">\n<script type=\"application\/ld+json\" class=\"yoast-schema-graph\">{\"@context\":\"https:\/\/schema.org\",\"@graph\":[{\"@type\":\"Organization\",\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/#organization\",\"name\":\"FH Graub\\u00fcnden\",\"url\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/\",\"sameAs\":[],\"logo\":{\"@type\":\"ImageObject\",\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/#logo\",\"inLanguage\":\"de-DE\",\"url\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/09\/fhgr_rgb_granit.png\",\"width\":7512,\"height\":1182,\"caption\":\"FH Graub\\u00fcnden\"},\"image\":{\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/#logo\"}},{\"@type\":\"WebSite\",\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/#website\",\"url\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/\",\"name\":\"FHGR Blog\",\"description\":\"\",\"publisher\":{\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/#organization\"},\"inLanguage\":\"de-DE\"},{\"@type\":\"ImageObject\",\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/staubsauger-oder-bohrmaschine\/#primaryimage\",\"inLanguage\":\"de-DE\",\"url\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/deep-learning.jpg\",\"width\":1000,\"height\":622},{\"@type\":\"WebPage\",\"@id\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/staubsauger-oder-bohrmaschine\/#webpage\",\"url\":\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/staubsauger-oder-bohrmaschine\/\",\"name\":\"Staubsauger oder Bohrmaschine - 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