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

Graph Based Video Sequence Matching & BoF Method for Video Copy detection

In this paper we propose video copy detection method using Bag-of-Features and showing acyclic graph of matching frames of videos. This include use of both local (line, texture, color) and global (Scale Invariant Feature Transform i.e. SIFT) features. This process includes dividing video into small frames using dual threshold method which eliminates the redundant frames and select unique key frames. After that from each key frame binary features are extracted which known as Bag of Features (BoF) which are get stored into the database in format of matrix. When any query video is being uploading, same features are extracted and compared with stored database to detect copied video. If video detected as copied then using Graph Based Sequence Matching Method, actual matched sequence between key frames is displayed in acyclic graph. DOI: 10.17762/ijritcc2321-8169.15067

Vulnerability assessment in the use of biometrics in unsupervised environments

Mención Internacional en el título de doctorIn the last few decades, we have witnessed a large-scale deployment of biometric systems in different life applications replacing the traditional recognition methods such as passwords and tokens. We approached a time where we use biometric systems in our daily life. On a personal scale, the authentication to our electronic devices (smartphones, tablets, laptops, etc.) utilizes biometric characteristics to provide access permission. Moreover, we access our bank accounts, perform various types of payments and transactions using the biometric sensors integrated into our devices. On the other hand, different organizations, companies, and institutions use biometric-based solutions for access control. On the national scale, police authorities and border control measures use biometric recognition devices for individual identification and verification purposes. Therefore, biometric systems are relied upon to provide a secured recognition where only the genuine user can be recognized as being himself. Moreover, the biometric system should ensure that an individual cannot be identified as someone else. In the literature, there are a surprising number of experiments that show the possibility of stealing someone’s biometric characteristics and use it to create an artificial biometric trait that can be used by an attacker to claim the identity of the genuine user. There were also real cases of people who successfully fooled the biometric recognition system in airports and smartphones [1]–[3]. That urges the necessity to investigate the potential threats and propose countermeasures that ensure high levels of security and user convenience. Consequently, performing security evaluations is vital to identify: (1) the security flaws in biometric systems, (2) the possible threats that may target the defined flaws, and (3) measurements that describe the technical competence of the biometric system security. Identifying the system vulnerabilities leads to proposing adequate security solutions that assist in achieving higher integrity. This thesis aims to investigate the vulnerability of fingerprint modality to presentation attacks in unsupervised environments, then implement mechanisms to detect those attacks and avoid the misuse of the system. To achieve these objectives, the thesis is carried out in the following three phases. In the first phase, the generic biometric system scheme is studied by analyzing the vulnerable points with special attention to the vulnerability to presentation attacks. The study reviews the literature in presentation attack and the corresponding solutions, i.e. presentation attack detection mechanisms, for six biometric modalities: fingerprint, face, iris, vascular, handwritten signature, and voice. Moreover, it provides a new taxonomy for presentation attack detection mechanisms. The proposed taxonomy helps to comprehend the issue of presentation attacks and how the literature tried to address it. The taxonomy represents a starting point to initialize new investigations that propose novel presentation attack detection mechanisms. In the second phase, an evaluation methodology is developed from two sources: (1) the ISO/IEC 30107 standard, and (2) the Common Evaluation Methodology by the Common Criteria. The developed methodology characterizes two main aspects of the presentation attack detection mechanism: (1) the resistance of the mechanism to presentation attacks, and (2) the corresponding threat of the studied attack. The first part is conducted by showing the mechanism's technical capabilities and how it influences the security and ease-of-use of the biometric system. The second part is done by performing a vulnerability assessment considering all the factors that affect the attack potential. Finally, a data collection is carried out, including 7128 fingerprint videos of bona fide and attack presentation. The data is collected using two sensing technologies, two presentation scenarios, and considering seven attack species. The database is used to develop dynamic presentation attack detection mechanisms that exploit the fingerprint spatio-temporal features. In the final phase, a set of novel presentation attack detection mechanisms is developed exploiting the dynamic features caused by the natural fingerprint phenomena such as perspiration and elasticity. The evaluation results show an efficient capability to detect attacks where, in some configurations, the mechanisms are capable of eliminating some attack species and mitigating the rest of the species while keeping the user convenience at a high level.En las últimas décadas, hemos asistido a un despliegue a gran escala de los sistemas biométricos en diferentes aplicaciones de la vida cotidiana, sustituyendo a los métodos de reconocimiento tradicionales, como las contraseñas y los tokens. Actualmente los sistemas biométricos ya forman parte de nuestra vida cotidiana: es habitual emplear estos sistemas para que nos proporcionen acceso a nuestros dispositivos electrónicos (teléfonos inteligentes, tabletas, ordenadores portátiles, etc.) usando nuestras características biométricas. Además, accedemos a nuestras cuentas bancarias, realizamos diversos tipos de pagos y transacciones utilizando los sensores biométricos integrados en nuestros dispositivos. Por otra parte, diferentes organizaciones, empresas e instituciones utilizan soluciones basadas en la biometría para el control de acceso. A escala nacional, las autoridades policiales y de control fronterizo utilizan dispositivos de reconocimiento biométrico con fines de identificación y verificación individual. Por lo tanto, en todas estas aplicaciones se confía en que los sistemas biométricos proporcionen un reconocimiento seguro en el que solo el usuario genuino pueda ser reconocido como tal. Además, el sistema biométrico debe garantizar que un individuo no pueda ser identificado como otra persona. En el estado del arte, hay un número sorprendente de experimentos que muestran la posibilidad de robar las características biométricas de alguien, y utilizarlas para crear un rasgo biométrico artificial que puede ser utilizado por un atacante con el fin de reclamar la identidad del usuario genuino. También se han dado casos reales de personas que lograron engañar al sistema de reconocimiento biométrico en aeropuertos y teléfonos inteligentes [1]–[3]. Esto hace que sea necesario investigar estas posibles amenazas y proponer contramedidas que garanticen altos niveles de seguridad y comodidad para el usuario. En consecuencia, es vital la realización de evaluaciones de seguridad para identificar (1) los fallos de seguridad de los sistemas biométricos, (2) las posibles amenazas que pueden explotar estos fallos, y (3) las medidas que aumentan la seguridad del sistema biométrico reduciendo estas amenazas. La identificación de las vulnerabilidades del sistema lleva a proponer soluciones de seguridad adecuadas que ayuden a conseguir una mayor integridad. Esta tesis tiene como objetivo investigar la vulnerabilidad en los sistemas de modalidad de huella dactilar a los ataques de presentación en entornos no supervisados, para luego implementar mecanismos que permitan detectar dichos ataques y evitar el mal uso del sistema. Para lograr estos objetivos, la tesis se desarrolla en las siguientes tres fases. En la primera fase, se estudia el esquema del sistema biométrico genérico analizando sus puntos vulnerables con especial atención a los ataques de presentación. El estudio revisa la literatura sobre ataques de presentación y las soluciones correspondientes, es decir, los mecanismos de detección de ataques de presentación, para seis modalidades biométricas: huella dactilar, rostro, iris, vascular, firma manuscrita y voz. Además, se proporciona una nueva taxonomía para los mecanismos de detección de ataques de presentación. La taxonomía propuesta ayuda a comprender el problema de los ataques de presentación y la forma en que la literatura ha tratado de abordarlo. Esta taxonomía presenta un punto de partida para iniciar nuevas investigaciones que propongan novedosos mecanismos de detección de ataques de presentación. En la segunda fase, se desarrolla una metodología de evaluación a partir de dos fuentes: (1) la norma ISO/IEC 30107, y (2) Common Evaluation Methodology por el Common Criteria. La metodología desarrollada considera dos aspectos importantes del mecanismo de detección de ataques de presentación (1) la resistencia del mecanismo a los ataques de presentación, y (2) la correspondiente amenaza del ataque estudiado. Para el primer punto, se han de señalar las capacidades técnicas del mecanismo y cómo influyen en la seguridad y la facilidad de uso del sistema biométrico. Para el segundo aspecto se debe llevar a cabo una evaluación de la vulnerabilidad, teniendo en cuenta todos los factores que afectan al potencial de ataque. Por último, siguiendo esta metodología, se lleva a cabo una recogida de datos que incluye 7128 vídeos de huellas dactilares genuinas y de presentación de ataques. Los datos se recogen utilizando dos tecnologías de sensor, dos escenarios de presentación y considerando siete tipos de instrumentos de ataque. La base de datos se utiliza para desarrollar y evaluar mecanismos dinámicos de detección de ataques de presentación que explotan las características espacio-temporales de las huellas dactilares. En la fase final, se desarrolla un conjunto de mecanismos novedosos de detección de ataques de presentación que explotan las características dinámicas causadas por los fenómenos naturales de las huellas dactilares, como la transpiración y la elasticidad. Los resultados de la evaluación muestran una capacidad eficiente de detección de ataques en la que, en algunas configuraciones, los mecanismos son capaces de eliminar completamente algunos tipos de instrumentos de ataque y mitigar el resto de los tipos manteniendo la comodidad del usuario en un nivel alto.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: Cristina Conde Vila.- Secretario: Mariano López García.- Vocal: Farzin Derav

Efficient and Robust Detection of Duplicate Videos in a Database

In this paper, the duplicate detection method is to retrieve the best matching model video for a given query video using fingerprint. We have used the Color Layout Descriptor method and Opponent Color Space to extract feature from frame and perform k-means based clustering to generate fingerprints which are further encoded by Vector Quantization. The model-to-query video distance is computed using a new distance measure to find the similarity. To perform efficient search coarse-to-fine matching scheme is used to retrieve best match. We perform experiments on query videos and real time video with an average duration of 60 sec; the duplicate video is detected with high similarity

Spott : on-the-spot e-commerce for television using deep learning-based video analysis techniques

Spott is an innovative second screen mobile multimedia application which offers viewers relevant information on objects (e.g., clothing, furniture, food) they see and like on their television screens. The application enables interaction between TV audiences and brands, so producers and advertisers can offer potential consumers tailored promotions, e-shop items, and/or free samples. In line with the current views on innovation management, the technological excellence of the Spott application is coupled with iterative user involvement throughout the entire development process. This article discusses both of these aspects and how they impact each other. First, we focus on the technological building blocks that facilitate the (semi-) automatic interactive tagging process of objects in the video streams. The majority of these building blocks extensively make use of novel and state-of-the-art deep learning concepts and methodologies. We show how these deep learning based video analysis techniques facilitate video summarization, semantic keyframe clustering, and (similar) object retrieval. Secondly, we provide insights in user tests that have been performed to evaluate and optimize the application's user experience. The lessons learned from these open field tests have already been an essential input in the technology development and will further shape the future modifications to the Spott application

Video copy detection using multiple visual cues and MPEG-7 descriptors

We propose a video copy detection framework that detects copy segments by fusing the results of three different techniques: facial shot matching, activity subsequence matching, and non-facial shot matching using low-level features. In facial shot matching part, a high-level face detector identifies facial frames/shots in a video clip. Matching faces with extended body regions gives the flexibility to discriminate the same person (e.g., an anchor man or a political leader) in different events or scenes. In activity subsequence matching part, a spatio-temporal sequence matching technique is employed to match video clips/segments that are similar in terms of activity. Lastly, the non-facial shots are matched using low-level MPEG-7 descriptors and dynamic-weighted feature similarity calculation. The proposed framework is tested on the query and reference dataset of CBCD task of TRECVID 2008. Our results are compared with the results of top-8 most successful techniques submitted to this task. Promising results are obtained in terms of both effectiveness and efficiency. © 2010 Elsevier Inc. All rights reserved