Fast and Accurate Algorithm for Eye Localization for Gaze Tracking in Low Resolution Images

Iris centre localization in low-resolution visible images is a challenging problem in computer vision community due to noise, shadows, occlusions, pose variations, eye blinks, etc. This paper proposes an efficient method for determining iris centre in low-resolution images in the visible spectrum. Even low-cost consumer-grade webcams can be used for gaze tracking without any additional hardware. A two-stage algorithm is proposed for iris centre localization. The proposed method uses geometrical characteristics of the eye. In the first stage, a fast convolution based approach is used for obtaining the coarse location of iris centre (IC). The IC location is further refined in the second stage using boundary tracing and ellipse fitting. The algorithm has been evaluated in public databases like BioID, Gi4E and is found to outperform the state of the art methods.Comment: 12 pages, 10 figures, IET Computer Vision, 201

Latent gaze information in highly dynamic decision-tasks

Die Digitalisierung durchdringt immer mehr Lebensbereiche. Aufgaben werden zunehmend digital erledigt und damit schneller, effizienter, aber auch zielorientierter und erfolgreicher erfüllt. Die rasante Entwicklung im Bereich der künstlichen Intelligenz in den letzten Jahren hat dabei eine große Rolle gespielt, denn sie hat viele hilfreiche Ansätze hervorgebracht, auf die immer weiter aufgebaut werden kann. Gleichzeitig werden die Augen, ihre Bewegungen und die Bedeutung dieser Bewegungen immer weiter erforscht. Die Verknüpfung dieser Entwicklungen hat zu spannenden Ansätzen in der Wissenschaft geführt. In dieser Dissertation stelle ich einige der Ansätze vor, an denen ich während meiner Promotion gearbeitet habe. Zunächst gebe ich einen Einblick in die Entwicklung von Modellen, die mit Hilfe künstlicher Intelligenz Verbindungen zwischen Augenbewegungsdaten und visueller Expertise herstellen. Dies wird anhand zwei verschiedener Bereiche, genauer gesagt zwei verschiedener Personengruppen, demonstriert: Sportler bei Entscheidungsfindungen und Chirurgen bei arthroskopischen Eingriffen. Die daraus resultierenden Modelle können als digitale Diagnosemodelle für die automatische Erkennung von visueller Expertise betrachtet werden. Darüber hinaus stelle ich Ansätze vor, die die Übertragbarkeit von Augenbewegungsmustern auf verschiedene Kompetenzbereiche untersuchen sowie wichtige Aspekte von Techniken zur Generalisierung. Schließlich befasse ich mich mit der zeitlichen Erkennung von Verwirrung auf der Grundlage von Augenbewegungsdaten. Die Ergebnisse legen eine Nutzung der Modelle als Zeitgeber für mögliche digitale Assistenzoptionen in der Ausbildung von Berufsanfängern nahe. Eine Besonderheit meiner Untersuchungen besteht darin, dass ich auf sehr wervolle Daten von DFB-Jugendkaderathleten sowie von langjährigen Experten in der Arthroskopie zurückgreifen konnte. Insbesondere die Arbeit mit den DFB-Daten stieß auf das Interesse von Radiound Printmedien, genauer, DeutschlandFunk Nova und SWR DasDing. Alle hier vorgestellten Beiträge wurden in international renommierten Fachzeitschriften oder auf Konferenzen veröffentlicht.Digitization is penetrating more and more areas of life. Tasks are increasingly being completed digitally, and are therefore not only fulfilled faster, more efficiently but also more purposefully and successfully. The rapid developments in the field of artificial intelligence in recent years have played a major role in this, as they brought up many helpful approaches to build on. At the same time, the eyes, their movements, and the meaning of these movements are being progressively researched. The combination of these developments has led to exciting approaches. In this dissertation, I present some of these approaches which I worked on during my Ph.D. First, I provide insight into the development of models that use artificial intelligence to connect eye movements with visual expertise. This is demonstrated for two domains or rather groups of people: athletes in decision-making actions and surgeons in arthroscopic procedures. The resulting models can be considered as digital diagnostic models for automatic expertise recognition. Furthermore, I show approaches that investigate the transferability of eye movement patterns to different expertise domains and subsequently, important aspects of techniques for generalization. Finally, I address the temporal detection of confusion based on eye movement data. The results suggest the use of the resulting model as a clock signal for possible digital assistance options in the training of young professionals. An interesting aspect of my research is that I was able to draw on very valuable data from DFB youth elite athletes as well as on long-standing experts in arthroscopy. In particular, the work with the DFB data attracted the interest of radio and print media, namely DeutschlandFunk Nova and SWR DasDing. All resulting articles presented here have been published in internationally renowned journals or at conferences

Real-Time Crowdsourcing of Detailed Soccer Data

International audienceThis article explores how spectators of a live soccer game can collect detailed data while watching the game. Our motivation arouse from the lack of free detailed sport data, contrasting with the large amount of simple statistics collected for every popular games and available on the web. Assuming many spectators carry a smart phone during a game, we implemented a series of input interfaces for collecting data in real time. In a user study, we asked participants to use those interfaces to perform tracking tasks such as locating players in the field, qualifying ball passes, and naming the player with ball while watching a video clip of a real soccer game. Our two main results are 1) the crowd can collect detailed-and fairly complex-data in real-time with reasonable quality while each participant is assigned a simple task, and 2) a set of design implications for crowd-powered interfaces to collect live sport data. We also discuss the use of such data into a system we developed to visualize soccer phases, and the design implications coming with the visual communication of missing and uncertain detailed data

Identification, synchronisation and composition of user-generated videos

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i Queen Mary University of LondonThe increasing availability of smartphones is facilitating people to capture videos of their experience when attending events such as concerts, sports competitions and public rallies. Smartphones are equipped with inertial sensors which could be beneficial for event understanding. The captured User-Generated Videos (UGVs) are made available on media sharing websites. Searching and mining of UGVs of the same event are challenging due to inconsistent tags or incorrect timestamps. A UGV recorded from a fixed location contains monotonic content and unintentional camera motions, which may make it less interesting to playback. In this thesis, we propose the following identification, synchronisation and video composition frameworks for UGVs. We propose a framework for the automatic identification and synchronisation of unedited multi-camera UGVs within a database. The proposed framework analyses the sound to match and cluster UGVs that capture the same spatio-temporal event, and estimate their relative time-shift to temporally align them. We design a novel descriptor derived from the pairwise matching of audio chroma features of UGVs. The descriptor facilitates the definition of a classification threshold for automatic query-by-example event identification. We contribute a database of 263 multi-camera UGVs of 48 real-world events. We evaluate the proposed framework on this database and compare it with state-of-the-art methods. Experimental results show the effectiveness of the proposed approach in the presence of audio degradations (channel noise, ambient noise, reverberations). Moreover, we present an automatic audio and visual-based camera selection framework for composing uninterrupted recording from synchronised multi-camera UGVs of the same event. We design an automatic audio-based cut-point selection method that provides a common reference for audio and video segmentation. To filter low quality video segments, spatial and spatio-temporal assessments are computed. The framework combines segments of UGVs using a rank-based camera selection strategy by considering visual quality scores and view diversity. The proposed framework is validated on a dataset of 13 events (93~UGVs) through subjective tests and compared with state-of-the-art methods. Suitable cut-point selection, specific visual quality assessments and rank-based camera selection contribute to the superiority of the proposed framework over the existing methods. Finally, we contribute a method for Camera Motion Detection using Gyroscope for UGVs captured from smartphones and design a gyro-based quality score for video composition. The gyroscope measures the angular velocity of the smartphone that can be use for camera motion analysis. We evaluate the proposed camera motion detection method on a dataset of 24 multi-modal UGVs captured by us, and compare it with existing visual and inertial sensor-based methods. By designing a gyro-based score to quantify the goodness of the multi-camera UGVs, we develop a gyro-based video composition framework. A gyro-based score substitutes the spatial and spatio-temporal scores and reduces the computational complexity. We contribute a multi-modal dataset of 3 events (12~UGVs), which is used to validate the proposed gyro-based video composition framework.El incremento de la disponibilidad de teléfonos inteligentes o smartphones posibilita a la gente capturar videos de sus experiencias cuando asisten a eventos así como como conciertos, competiciones deportivas o mítines públicos. Los Videos Generados por Usuarios (UGVs) pueden estar disponibles en sitios web públicos especializados en compartir archivos. La búsqueda y la minería de datos de los UGVs del mismo evento son un reto debido a que los etiquetajes son incoherentes o las marcas de tiempo erróneas. Por otra parte, un UGV grabado desde una ubicación fija, contiene información monótona y movimientos de cámara no intencionados haciendo menos interesante su reproducción. En esta tesis, se propone una identificación, sincronización y composición de tramas de vídeo para UGVs. Se ha propuesto un sistema para la identificación y sincronización automática de UGVs no editados provenientes de diferentes cámaras dentro de una base de datos. El sistema propuesto analiza el sonido con el fin de hacerlo coincidir e integrar UGVs que capturan el mismo evento en el espacio y en el tiempo, estimando sus respectivos desfases temporales y alinearlos en el tiempo. Se ha diseñado un nuevo descriptor a partir de la coincidencia por parejas de características de la croma del audio de los UGVs. Este descriptor facilita la determinación de una clasificación por umbral para una identificación de eventos automática basada en búsqueda mediante ejemplo (en inglés, query by example). Se ha contribuido con una base de datos de 263 multi-cámaras UGVs de un total de 48 eventos reales. Se ha evaluado la trama propuesta en esta base de datos y se ha comparado con los métodos elaborados en el estado del arte. Los resultados experimentales muestran la efectividad del enfoque propuesto con la presencia alteraciones en el audio. Además, se ha presentado una selección automática de tramas en base a la reproducción de video y audio componiendo una grabación ininterrumpida de multi-cámaras UGVs sincronizadas en el mismo evento. También se ha diseñado un método de selección de puntos de corte automático basado en audio que proporciona una referencia común para la segmentación de audio y video. Con el fin de filtrar segmentos de videos de baja calidad, se han calculado algunas medidas espaciales y espacio-temporales. El sistema combina segmentos de UGVs empleando una estrategia de selección de cámaras basadas en la evaluación a través de un ranking considerando puntuaciones de calidad visuales y diversidad de visión. El sistema propuesto se ha validado con un conjunto de datos de 13 eventos (93 UGVs) a través de pruebas subjetivas y se han comparado con los métodos elaborados en el estado del arte. La selección de puntos de corte adecuados, evaluaciones de calidad visual específicas y la selección de cámara basada en ranking contribuyen en la mejoría de calidad del sistema propuesto respecto a otros métodos existentes. Finalmente, se ha realizado un método para la Detección de Movimiento de Cámara usando giróscopos para las UGVs capturadas desde smartphones y se ha diseñado un método de puntuación de calidad basada en el giro. El método de detección de movimiento de la cámara con una base de datos de 24 UGVs multi-modales y se ha comparado con los métodos actuales basados en visión y sistemas inerciales. A través del diseño de puntuación para cuantificar con el giróscopo cuán bien funcionan los sistemas de UGVs con multi-cámara, se ha desarrollado un sistema de composición de video basada en el movimiento del giroscopio. Este sistema basado en la puntuación a través del giróscopo sustituye a los sistemas de puntuaciones basados en parámetros espacio-temporales reduciendo la complejidad computacional. Además, se ha contribuido con un conjunto de datos de 3 eventos (12 UGVs), que se han empleado para validar los sistemas de composición de video basados en giróscopo.Postprint (published version

Human Pose Estimation with Implicit Shape Models

This work presents a new approach for estimating 3D human poses based on monocular camera information only. For this, the Implicit Shape Model is augmented by new voting strategies that allow to localize 2D anatomical landmarks in the image. The actual 3D pose estimation is then formulated as a Particle Swarm Optimization (PSO) where projected 3D pose hypotheses are compared with the generated landmark vote distributions