Cross Training for Pedestrian recognition using Convolutional Neural networks

International audienceIn recent years, deep learning classification methods, specially Convolutional Neural Networks (CNNs), combined with multi-modality image fusion schemes have achieved remarkable performance.Hence, in this paper, we focus on improving the late-fusion scheme for pedestrian classification on the Daimler stereo vision data set.We propose cross training method in which a CNN for each independent modality (Intensity, Depth, Flow) is trained and validated on different modalities, in contrast to classical training method in which the training and validation of each CNN is on same modality. The CNN outputs are then fused by a Multi-layer Perceptron (MLP) before making the recognition decision

Speeding up Deep Neural Networks on the Jetson TX1

In recent years, Deep Learning (DL) showed new top performances in almost all computer vision tasks that are important for automotive and robotic applications. In these applications both space and power are limited resources. Therefore, there is a need to apply DL approaches on a small and power ecient device, like the NVIDIA Jetson TX1 with a powerful GPU onboard. In this paper, we analyze the Jetson's suitability by benchmarking the run-time of DL operations in comparison to a high performance GPU. Exemplary, we port a topperforming DL-based person detector to this platform. We explain the steps necessary to signicantly speed up this approach on the device

Deep learning for clinical decision support in oncology

In den letzten Jahrzehnten sind medizinische Bildgebungsverfahren wie die Computertomographie (CT) zu einem unersetzbaren Werkzeug moderner Medizin geworden, welche eine zeitnahe, nicht-invasive Begutachtung von Organen und Geweben ermöglichen. Die Menge an anfallenden Daten ist dabei rapide gestiegen, allein innerhalb der letzten Jahre um den Faktor 15, und aktuell verantwortlich für 30 % des weltweiten Datenvolumens. Die Anzahl ausgebildeter Radiologen ist weitestgehend stabil, wodurch die medizinische Bildanalyse, angesiedelt zwischen Medizin und Ingenieurwissenschaften, zu einem schnell wachsenden Feld geworden ist. Eine erfolgreiche Anwendung verspricht Zeitersparnisse, und kann zu einer höheren diagnostischen Qualität beitragen. Viele Arbeiten fokussieren sich auf „Radiomics“, die Extraktion und Analyse von manuell konstruierten Features. Diese sind jedoch anfällig gegenüber externen Faktoren wie dem Bildgebungsprotokoll, woraus Implikationen für Reproduzierbarkeit und klinische Anwendbarkeit resultieren. In jüngster Zeit sind Methoden des „Deep Learning“ zu einer häufig verwendeten Lösung algorithmischer Problemstellungen geworden. Durch Anwendungen in Bereichen wie Robotik, Physik, Mathematik und Wirtschaft, wurde die Forschung im Bereich maschinellen Lernens wesentlich verändert. Ein Kriterium für den Erfolg stellt die Verfügbarkeit großer Datenmengen dar. Diese sind im medizinischen Bereich rar, da die Bilddaten strengen Anforderungen bezüglich Datenschutz und Datensicherheit unterliegen, und oft heterogene Qualität, sowie ungleichmäßige oder fehlerhafte Annotationen aufweisen, wodurch ein bedeutender Teil der Methoden keine Anwendung finden kann. Angesiedelt im Bereich onkologischer Bildgebung zeigt diese Arbeit Wege zur erfolgreichen Nutzung von Deep Learning für medizinische Bilddaten auf. Mittels neuer Methoden für klinisch relevante Anwendungen wie die Schätzung von Läsionswachtum, Überleben, und Entscheidungkonfidenz, sowie Meta-Learning, Klassifikator-Ensembling, und Entscheidungsvisualisierung, werden Wege zur Verbesserungen gegenüber State-of-the-Art-Algorithmen aufgezeigt, welche ein breites Anwendungsfeld haben. Hierdurch leistet die Arbeit einen wesentlichen Beitrag in Richtung einer klinischen Anwendung von Deep Learning, zielt auf eine verbesserte Diagnose, und damit letztlich eine verbesserte Gesundheitsversorgung insgesamt.Over the last decades, medical imaging methods, such as computed tomography (CT), have become an indispensable tool of modern medicine, allowing for a fast, non-invasive inspection of organs and tissue. Thus, the amount of acquired healthcare data has rapidly grown, increased 15-fold within the last years, and accounts for more than 30 % of the world's generated data volume. In contrast, the number of trained radiologists remains largely stable. Thus, medical image analysis, settled between medicine and engineering, has become a rapidly growing research field. Its successful application may result in remarkable time savings and lead to a significantly improved diagnostic performance. Many of the work within medical image analysis focuses on radiomics, i. e. the extraction and analysis of hand-crafted imaging features. Radiomics, however, has been shown to be highly sensitive to external factors, such as the acquisition protocol, having major implications for reproducibility and clinical applicability. Lately, deep learning has become one of the most employed methods for solving computational problems. With successful applications in diverse fields, such as robotics, physics, mathematics, and economy, deep learning has revolutionized the process of machine learning research. Having large amounts of training data is a key criterion for its successful application. These data, however, are rare within medicine, as medical imaging is subject to a variety of data security and data privacy regulations. Moreover, medical imaging data often suffer from heterogeneous quality, label imbalance, and label noise, rendering a considerable fraction of deep learning-based algorithms inapplicable. Settled in the field of CT oncology, this work addresses these issues, showing up ways to successfully handle medical imaging data using deep learning. It proposes novel methods for clinically relevant tasks, such as lesion growth and patient survival prediction, confidence estimation, meta-learning and classifier ensembling, and finally deep decision explanation, yielding superior performance in comparison to state-of-the-art approaches, and being applicable to a wide variety of applications. With this, the work contributes towards a clinical translation of deep learning-based algorithms, aiming for an improved diagnosis, and ultimately overall improved patient healthcare

Personenwiedererkennung mittels maschineller Lernverfahren für öffentliche Einsatzumgebungen

Die erscheinungsbasierte Personenwiedererkennung in öffentlichen Einsatzumgebungen ist eines der schwierigsten, noch ungelösten Probleme der Bildverarbeitung. Viele Teilprobleme können nur gelöst werden, wenn Methoden des maschinellen Lernens mit Methoden der Bildverarbeitung kombiniert werden. In dieser Arbeit werden maschinelle Lernverfahren eingesetzt, um alle Abarbeitungsschritte einer erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung zu verbessern: Mithilfe von Convolutional Neural Networks werden erscheinungsbasierte Merkmale gelernt, die eine Wiedererkennung auf menschlichem Niveau ermöglichen. Für die Generierung des Templates zur Beschreibung der Zielperson wird durch Einsatz maschineller Lernverfahren eine automatische Auswahl personenspezifischer, diskriminativer Merkmale getroffen. Durch eine gelernte Metrik können beim Vergleich von Merkmalsvektoren szenariospezifische Umwelteinflüsse kompensiert werden. Eine Fusion komplementärer Merkmale auf Score Level steigert die Wiedererkennungsleistung deutlich. Dies wird vor allem durch eine gelernte Gewichtung der Merkmale erreicht. Das entwickelte Verfahren wird exemplarisch anhand zweier Einsatzszenarien - Videoüberwachung und Robotik - evaluiert. Bei der Videoüberwachung ermöglicht die Wiedererkennung von Personen ein kameraübergreifendes Tracking. Dies hilft menschlichen Operateuren, den Aufenthaltsort einer gesuchten Person in kurzer Zeit zu ermitteln. Durch einen mobilen Serviceroboter kann der aktuelle Nutzer anhand einer erscheinungsbasierten Wiedererkennung identifiziert werden. Dies hilft dem Roboter bei der Erfüllung von Aufgaben, bei denen er den Nutzer lotsen oder verfolgen muss. Die Qualität der erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung wird in dieser Arbeit anhand von zwölf Kriterien charakterisiert, die einen Vergleich mit biometrischen Verfahren ermöglichen. Durch den Einsatz maschineller Lernverfahren wird bei der erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung in den betrachteten unüberwachten, öffentlichen Einsatzfeldern eine Erkennungsleistung erzielt, die sich mit biometrischen Verfahren messen kann.Appearance-based person re-identification in public environments is one of the most challenging, still unsolved computer vision tasks. Many sub-tasks can only be solved by combining machine learning with computer vision methods. In this thesis, we use machine learning approaches in order to improve all processing steps of the appearance-based person re-identification: We apply convolutional neural networks for learning appearance-based features capable of performing re-identification at human level. For generating a template to describe the person of interest, we apply machine learning approaches that automatically select person-specific, discriminative features. A learned metric helps to compensate for scenario-specific perturbations while matching features. Fusing complementary features at score level improves the re-identification performance. This is achieved by a learned feature weighting. We deploy our approach in two applications, namely surveillance and robotics. In the surveillance application, person re-identification enables multi-camera tracking. This helps human operators to quickly determine the current location of the person of interest. By applying appearance-based re-identification, a mobile service robot is able to keep track of users when following or guiding them. In this thesis, we measure the quality of the appearance-based person re-identification by twelve criteria. These criteria enable a comparison with biometric approaches. Due to the application of machine learning techniques, in the considered unsupervised, public fields of application, the appearance-based person re-identification performs on par with biometric approaches.Die erscheinungsbasierte Personenwiedererkennung in öffentlichen Einsatzumgebungen ist eines der schwierigsten, noch ungelösten Probleme der Bildverarbeitung. Viele Teilprobleme können nur gelöst werden, wenn Methoden des maschinellen Lernens mit Methoden der Bildverarbeitung kombiniert werden. In dieser Arbeit werden maschinelle Lernverfahren eingesetzt, um alle Abarbeitungsschritte einer erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung zu verbessern, sodass eine Wiedererkennung auf menschlichem Niveau ermöglicht wird. Das entwickelte Verfahren wird anhand zweier Einsatzszenarien — Videoüberwachung und Robotik — evaluiert. Bei der Videoüberwachung ermöglicht die Wiedererkennung von Personen ein kameraübergreifendes Tracking um den Aufenthaltsort einer gesuchten Person in kurzer Zeit zu ermitteln. Durch einen mobilen Serviceroboter kann der aktuelle Nutzer anhand einer erscheinungsbasierten Wiedererkennung identifiziert werden. Dies hilft dem Roboter beim Lots