Multi-Action Recognition via Stochastic Modelling of Optical Flow and Gradients

In this paper we propose a novel approach to multi-action recognition that performs joint segmentation and classification. This approach models each action using a Gaussian mixture using robust low-dimensional action features. Segmentation is achieved by performing classification on overlapping temporal windows, which are then merged to produce the final result. This approach is considerably less complicated than previous methods which use dynamic programming or computationally expensive hidden Markov models (HMMs). Initial experiments on a stitched version of the KTH dataset show that the proposed approach achieves an accuracy of 78.3%, outperforming a recent HMM-based approach which obtained 71.2%

Boosted Multiple Kernel Learning for First-Person Activity Recognition

Activity recognition from first-person (ego-centric) videos has recently gained attention due to the increasing ubiquity of the wearable cameras. There has been a surge of efforts adapting existing feature descriptors and designing new descriptors for the first-person videos. An effective activity recognition system requires selection and use of complementary features and appropriate kernels for each feature. In this study, we propose a data-driven framework for first-person activity recognition which effectively selects and combines features and their respective kernels during the training. Our experimental results show that use of Multiple Kernel Learning (MKL) and Boosted MKL in first-person activity recognition problem exhibits improved results in comparison to the state-of-the-art. In addition, these techniques enable the expansion of the framework with new features in an efficient and convenient way.Comment: First published in the Proceedings of the 25th European Signal Processing Conference (EUSIPCO-2017) in 2017, published by EURASI

Robust Feature-Based Automated Multi-View Human Action Recognition System

© 2013 IEEE. Automated human action recognition has the potential to play an important role in public security, for example, in relation to the multiview surveillance videos taken in public places, such as train stations or airports. This paper compares three practical, reliable, and generic systems for multiview video-based human action recognition, namely, the nearest neighbor classifier, Gaussian mixture model classifier, and the nearest mean classifier. To describe the different actions performed in different views, view-invariant features are proposed to address multiview action recognition. These features are obtained by extracting the holistic features from different temporal scales which are modeled as points of interest which represent the global spatial-temporal distribution. Experiments and cross-data testing are conducted on the KTH, WEIZMANN, and MuHAVi datasets. The system does not need to be retrained when scenarios are changed which means the trained database can be applied in a wide variety of environments, such as view angle or background changes. The experiment results show that the proposed approach outperforms the existing methods on the KTH and WEIZMANN datasets

Spatio-temporal covariance descriptors for action and gesture recognition

We propose a new action and gesture recognition method based on spatio-temporal covariance descriptors and a weighted Riemannian locality preserving projection approach that takes into account the curved space formed by the descriptors. The weighted projection is then exploited during boosting to create a final multiclass classification algorithm that employs the most useful spatio-temporal regions. We also show how the descriptors can be computed quickly through the use of integral video representations. Experiments on the UCF sport, CK+ facial expression and Cambridge hand gesture datasets indicate superior performance of the proposed method compared to several recent state-of-the-art techniques. The proposed method is robust and does not require additional processing of the videos, such as foreground detection, interest-point detection or tracking

Learning human actions by combining global dynamics and local appearance

In this paper, we address the problem of human action recognition through combining global temporal dynamics and local visual spatio-temporal appearance features. For this purpose, in the global temporal dimension, we propose to model the motion dynamics with robust linear dynamical systems (LDSs) and use the model parameters as motion descriptors. Since LDSs live in a non-Euclidean space and the descriptors are in non-vector form, we propose a shift invariant subspace angles based distance to measure the similarity between LDSs. In the local visual dimension, we construct curved spatio-temporal cuboids along the trajectories of densely sampled feature points and describe them using histograms of oriented gradients (HOG). The distance between motion sequences is computed with the Chi-Squared histogram distance in the bag-of-words framework. Finally we perform classification using the maximum margin distance learning method by combining the global dynamic distances and the local visual distances. We evaluate our approach for action recognition on five short clips data sets, namely Weizmann, KTH, UCF sports, Hollywood2 and UCF50, as well as three long continuous data sets, namely VIRAT, ADL and CRIM13. We show competitive results as compared with current state-of-the-art methods

Multi-modal Egocentric Activity Recognition using Audio-Visual Features

Egocentric activity recognition in first-person videos has an increasing importance with a variety of applications such as lifelogging, summarization, assisted-living and activity tracking. Existing methods for this task are based on interpretation of various sensor information using pre-determined weights for each feature. In this work, we propose a new framework for egocentric activity recognition problem based on combining audio-visual features with multi-kernel learning (MKL) and multi-kernel boosting (MKBoost). For that purpose, firstly grid optical-flow, virtual-inertia feature, log-covariance, cuboid are extracted from the video. The audio signal is characterized using a "supervector", obtained based on Gaussian mixture modelling of frame-level features, followed by a maximum a-posteriori adaptation. Then, the extracted multi-modal features are adaptively fused by MKL classifiers in which both the feature and kernel selection/weighing and recognition tasks are performed together. The proposed framework was evaluated on a number of egocentric datasets. The results showed that using multi-modal features with MKL outperforms the existing methods

Unsupervised object candidate discovery for activity recognition

Die automatische Interpretation menschlicher Bewegungsabläufe auf Basis von Videos ist ein wichtiger Bestandteil vieler Anwendungen im Bereich des Maschinellen Sehens, wie zum Beispiel Mensch-Roboter Interaktion, Videoüberwachung, und inhaltsbasierte Analyse von Multimedia Daten. Anders als die meisten Ansätze auf diesem Gebiet, die hauptsächlich auf die Klassifikation von einfachen Aktionen, wie Aufstehen, oder Gehen ausgerichtet sind, liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Erkennung menschlicher Aktivitäten, d.h. komplexer Aktionssequenzen, die meist Interaktionen des Menschen mit Objekten beinhalten. Gemäß der Aktionsidentifikationstheorie leiten menschliche Aktivitäten ihre Bedeutung nicht nur von den involvierten Bewegungsmustern ab, sondern vor allem vom generellen Kontext, in dem sie stattfinden. Zu diesen kontextuellen Informationen gehören unter anderem die Gesamtheit aller vorher furchgeführter Aktionen, der Ort an dem sich die aktive Person befindet, sowie die Menge der Objekte, die von ihr manipuliert werden. Es ist zum Beispiel nicht möglich auf alleiniger Basis von Bewegungsmustern und ohne jeglicher Miteinbeziehung von Objektwissen zu entschieden ob eine Person, die ihre Hand zum Mund führt gerade etwas isst oder trinkt, raucht, oder bloß die Lippen abwischt. Die meisten Arbeiten auf dem Gebiet der computergestützten Aktons- und Aktivitätserkennung ignorieren allerdings jegliche durch den Kontext bedingte Informationen und beschränken sich auf die Identifikation menschlicher Aktivitäten auf Basis der beobachteten Bewegung. Wird jedoch Objektwissen für die Klassifikation miteinbezogen, so geschieht dies meist unter Zuhilfenahme von überwachten Detektoren, für deren Einrichtung widerum eine erhebliche Menge an Trainingsdaten erforderlich ist. Bedingt durch die hohen zeitlichen Kosten, die die Annotation dieser Trainingsdaten mit sich bringt, wird das Erweitern solcher Systeme, zum Beispiel durch das Hinzufügen neuer Typen von Aktionen, zum eigentlichen Flaschenhals. Ein weiterer Nachteil des Hinzuziehens von überwacht trainierten Objektdetektoren, ist deren Fehleranfälligkeit, selbst wenn die verwendeten Algorithmen dem neuesten Stand der Technik entsprechen. Basierend auf dieser Beobachtung ist das Ziel dieser Arbeit die Leistungsfähigkeit computergestützter Aktivitätserkennung zu verbessern mit Hilfe der Hinzunahme von Objektwissen, welches im Gegensatz zu den bisherigen Ansätzen ohne überwachten Trainings gewonnen werden kann. Wir Menschen haben die bemerkenswerte Fähigkeit selektiv die Aufmerksamkeit auf bestimmte Regionen im Blickfeld zu fokussieren und gleichzeitig nicht relevante Regionen auszublenden. Dieser kognitive Prozess erlaubt es uns unsere beschränkten Bewusstseinsressourcen unbewusst auf Inhalte zu richten, die anschließend durch das Gehirn ausgewertet werden. Zum Beispiel zur Interpretation visueller Muster als Objekte eines bestimmten Typs. Die Regionen im Blickfeld, die unsere Aufmerksamkeit unbewusst anziehen werden als Proto-Objekte bezeichnet. Sie sind definiert als unbestimmte Teile des visuellen Informationsspektrums, die zu einem späteren Zeitpunkt durch den Menschen als tatsächliche Objekte wahrgenommen werden können, wenn er seine Aufmerksamkeit auf diese richtet. Einfacher ausgedrückt: Proto-Objekte sind Kandidaten für Objekte, oder deren Bestandteile, die zwar lokalisiert aber noch nicht identifiziert wurden. Angeregt durch die menschliche Fähigkeit solche visuell hervorstechenden (salienten) Regionen zuverlässig vom Hintergrund zu unterscheiden, haben viele Wissenschaftler Methoden entwickelt, die es erlauben Proto-Objekte zu lokalisieren. Allen diesen Algorithmen ist gemein, dass möglichst wenig statistisches Wissens über tatsächliche Objekte vorausgesetzt wird. Visuelle Aufmerksamkeit und Objekterkennung sind sehr eng miteinander vernküpfte Prozesse im visuellen System des Menschen. Aus diesem Grund herrscht auf dem Gebiet des Maschinellen Sehens ein reges Interesse an der Integration beider Konzepte zur Erhöhung der Leistung aktueller Bilderkennungssysteme. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Methoden gehen in eine ähnliche Richtung: wir demonstrieren, dass die Lokalisation von Proto-Objekten es erlaubt Objektkandidaten zu finden, die geeignet sind als zusätzliche Modalität zu dienen für die bewegungsbasierte Erkennung menschlicher Aktivitäten. Die Grundlage dieser Arbeit bildet dabei ein sehr effizienter Algorithmus, der die visuelle Salienz mit Hilfe von quaternionenbasierten DCT Bildsignaturen approximiert. Zur Extraktion einer Menge geeigneter Objektkandidaten (d.h. Proto-Objekten) aus den resultierenden Salienzkarten, haben wir eine Methode entwickelt, die den kognitiven Mechanismus des Inhibition of Return implementiert. Die auf diese Weise gewonnenen Objektkandidaten nutzen wir anschliessend in Kombination mit state-of-the-art Bag-of-Words Methoden zur Merkmalsbeschreibung von Bewegungsmustern um komplexe Aktivitäten des täglichen Lebens zu klassifizieren. Wir evaluieren das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte System auf diversen häufig genutzten Benchmark-Datensätzen und zeigen experimentell, dass das Miteinbeziehen von Proto-Objekten für die Aktivitätserkennung zu einer erheblichen Leistungssteigerung führt im Vergleich zu rein bewegungsbasierten Ansätzen. Zudem demonstrieren wir, dass das vorgestellte System bei der Erkennung menschlicher Aktivitäten deutlich weniger Fehler macht als eine Vielzahl von Methoden, die dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. Überraschenderweise übertrifft unser System leistungsmäßig sogar Verfahren, die auf Objektwissen aufbauen, welches von überwacht trainierten Detektoren, oder manuell erstellten Annotationen stammt. Benchmark-Datensätze sind ein sehr wichtiges Mittel zum quantitativen Vergleich von computergestützten Mustererkennungsverfahren. Nach einer Überprüfung aller öffentlich verfügbaren, relevanten Benchmarks, haben wir jedoch festgestellt, dass keiner davon geeignet war für eine detaillierte Evaluation von Methoden zur Erkennung komplexer, menschlicher Aktivitäten. Aus diesem Grund bestand ein Teil dieser Arbeit aus der Konzeption und Aufnahme eines solchen Datensatzes, des KIT Robo-kitchen Benchmarks. Wie der Name vermuten lässt haben wir uns dabei für ein Küchenszenario entschieden, da es ermöglicht einen großen Umfang an Aktivitäten des täglichen Lebens einzufangen, von denen viele Objektmanipulationen enthalten. Um eine möglichst umfangreiche Menge natürlicher Bewegungen zu erhalten, wurden die Teilnehmer während der Aufnahmen kaum eingeschränkt in der Art und Weise wie die diversen Aktivitäten auszuführen sind. Zu diesem Zweck haben wir den Probanden nur die Art der auszuführenden Aktivität mitgeteilt, sowie wo die benötigten Gegenstände zu finden sind, und ob die jeweilige Tätigkeit am Küchentisch oder auf der Arbeitsplatte auszuführen ist. Dies hebt KIT Robo-kitchen deutlich hervor gegenüber den meisten existierenden Datensätzen, die sehr unrealistisch gespielte Aktivitäten enthalten, welche unter Laborbedingungen aufgenommen wurden. Seit seiner Veröffentlichung wurde der resultierende Benchmark mehrfach verwendet zur Evaluation von Algorithmen, die darauf abzielen lang andauerne, realistische, komplexe, und quasi-periodische menschliche Aktivitäten zu erkennen