Reconhecimento de ações em vídeos baseado na fusão de representações de ritmos visuais

Orientadores: Hélio Pedrini, David Menotti GomesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Avanços nas tecnologias de captura e armazenamento de vídeos têm promovido uma grande demanda pelo reconhecimento automático de ações. O uso de câmeras para propó- sitos de segurança e vigilância tem aplicações em vários cenários, tais coomo aeroportos, parques, bancos, estações, estradas, hospitais, supermercados, indústrias, estádios, escolas. Uma dificuldade inerente ao problema é a complexidade da cena sob condições habituais de gravação, podendo conter fundo complexo e com movimento, múltiplas pes- soas na cena, interações com outros atores ou objetos e movimentos de câmera. Bases de dados mais recentes são construídas principalmente com gravações compartilhadas no YouTube e com trechos de filmes, situações em que não se restringem esses obstáculos. Outra dificuldade é o impacto da dimensão temporal, pois ela infla o tamanho dos da- dos, aumentando o custo computacional e o espaço de armazenamento. Neste trabalho, apresentamos uma metodologia de descrição de volumes utilizando a representação de Ritmos Visuais (VR). Esta técnica remodela o volume original do vídeo em uma imagem, em que se computam descritores bidimensionais. Investigamos diferentes estratégias para construção do ritmo visual, combinando configurações em diversos domínios de imagem e direções de varredura dos quadros. A partir disso, propomos dois métodos de extração de características originais, denominados Naïve Visual Rhythm (Naïve VR) e Visual Rhythm Trajectory Descriptor (VRTD). A primeira abordagem é a aplicação direta da técnica no volume de vídeo original, formando um descritor holístico que considera os eventos da ação como padrões e formatos na imagem de ritmo visual. A segunda variação foca na análise de pequenas vizinhanças obtidas a partir do processo das trajetórias densas, que permite que o algoritmo capture detalhes despercebidos pela descrição global. Testamos a nossa proposta em oito bases de dados públicas, sendo uma de gestos (SKIG), duas em primeira pessoa (DogCentric e JPL), e cinco em terceira pessoa (Weizmann, KTH, MuHAVi, UCF11 e HMDB51). Os resultados mostram que a técnica empregada é capaz de extrair elementos de movimento juntamente com informações de formato e de aparência, obtendo taxas de acurácia competitivas comparadas com o estado da arteAbstract: Advances in video acquisition and storage technologies have promoted a great demand for automatic recognition of actions. The use of cameras for security and surveillance purposes has applications in several scenarios, such as airports, parks, banks, stations, roads, hospitals, supermarkets, industries, stadiums, schools. An inherent difficulty of the problem is the complexity of the scene under usual recording conditions, which may contain complex background and motion, multiple people on the scene, interactions with other actors or objects, and camera motion. Most recent databases are built primarily with shared recordings on YouTube and with snippets of movies, situations where these obstacles are not restricted. Another difficulty is the impact of the temporal dimension since it expands the size of the data, increasing computational cost and storage space. In this work, we present a methodology of volume description using the Visual Rhythm (VR) representation. This technique reshapes the original volume of the video into an image, where two-dimensional descriptors are computed. We investigated different strategies for constructing the representation by combining configurations in several image domains and traversing directions of the video frames. From this, we propose two feature extraction methods, Naïve Visual Rhythm (Naïve VR) and Visual Rhythm Trajectory Descriptor (VRTD). The first approach is the straightforward application of the technique in the original video volume, forming a holistic descriptor that considers action events as patterns and formats in the visual rhythm image. The second variation focuses on the analysis of small neighborhoods obtained from the process of dense trajectories, which allows the algorithm to capture details unnoticed by the global description. We tested our methods in eight public databases, one of hand gestures (SKIG), two in first person (DogCentric and JPL), and five in third person (Weizmann, KTH, MuHAVi, UCF11 and HMDB51). The results show that the developed techniques are able to extract motion elements along with format and appearance information, achieving competitive accuracy rates compared to state-of-the-art action recognition approachesDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação2015/03156-7FAPES

Detecção de eventos complexos em vídeos baseada em ritmos visuais

Orientador: Hélio PedriniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O reconhecimento de eventos complexos em vídeos possui várias aplicações práticas relevantes, alavancadas pela grande disponibilidade de câmeras digitais instaladas em aeroportos, estações de ônibus e trens, centros de compras, estádios, hospitais, escolas, prédios, estradas, entre vários outros locais. Avanços na tecnologia digital têm aumentado as capacidades dos sistemas em reconhecer eventos em vídeos por meio do desenvolvimento de dispositivos com alta resolução, dimensões físicas pequenas e altas taxas de amostragem. Muitos trabalhos disponíveis na literatura têm explorado o tema a partir de diferentes pontos de vista. Este trabalho apresenta e avalia uma metodologia para extrair características dos ritmos visuais no contexto de detecção de eventos em vídeos. Um ritmo visual pode ser visto com a projeção de um vídeo em uma imagem, tal que a tarefa de análise de vídeos é reduzida a um problema de análise de imagens, beneficiando-se de seu baixo custo de processamento em termos de tempo e complexidade. Para demonstrar o potencial do ritmo visual na análise de vídeos complexos, três problemas da área de visão computacional são selecionados: detecção de eventos anômalos, classificação de ações humanas e reconhecimento de gestos. No primeiro problema, um modelo e? aprendido com situações de normalidade a partir dos rastros deixados pelas pessoas ao andar, enquanto padro?es representativos das ações são extraídos nos outros dois problemas. Nossa hipo?tese e? de que vídeos similares produzem padro?es semelhantes, tal que o problema de classificação de ações pode ser reduzido a uma tarefa de classificação de imagens. Experimentos realizados em bases públicas de dados demonstram que o método proposto produz resultados promissores com baixo custo de processamento, tornando-o possível aplicar em tempo real. Embora os padro?es dos ritmos visuais sejam extrai?dos como histograma de gradientes, algumas tentativas para adicionar características do fluxo o?tico são discutidas, além de estratégias para obter ritmos visuais alternativosAbstract: The recognition of complex events in videos has currently several important applications, particularly due to the wide availability of digital cameras in environments such as airports, train and bus stations, shopping centers, stadiums, hospitals, schools, buildings, roads, among others. Moreover, advances in digital technology have enhanced the capabilities for detection of video events through the development of devices with high resolution, small physical size, and high sampling rates. Many works available in the literature have explored the subject from different perspectives. This work presents and evaluates a methodology for extracting a feature descriptor from visual rhythms of video sequences in order to address the video event detection problem. A visual rhythm can be seen as the projection of a video onto an image, such that the video analysis task can be reduced into an image analysis problem, benefiting from its low processing cost in terms of time and complexity. To demonstrate the potential of the visual rhythm in the analysis of complex videos, three computer vision problems are selected in this work: abnormal event detection, human action classification, and gesture recognition. The former problem learns a normalcy model from the traces that people leave when they walk, whereas the other two problems extract representative patterns from actions. Our hypothesis is that similar videos produce similar patterns, therefore, the action classification problem is reduced into an image classification task. Experiments conducted on well-known public datasets demonstrate that the method produces promising results at high processing rates, making it possible to work in real time. Even though the visual rhythm features are mainly extracted as histogram of gradients, some attempts for adding optical flow features are discussed, as well as strategies for obtaining alternative visual rhythmsMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação1570507, 1406910, 1374943CAPE

A curriculum guide for art in the elementary grades

Thesis (Ed.M.)--Boston Universit

Análise de propriedades intrínsecas e extrínsecas de amostras biométricas para detecção de ataques de apresentação

Orientadores: Anderson de Rezende Rocha, Hélio PedriniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Os recentes avanços nas áreas de pesquisa em biometria, forense e segurança da informação trouxeram importantes melhorias na eficácia dos sistemas de reconhecimento biométricos. No entanto, um desafio ainda em aberto é a vulnerabilidade de tais sistemas contra ataques de apresentação, nos quais os usuários impostores criam amostras sintéticas, a partir das informações biométricas originais de um usuário legítimo, e as apresentam ao sensor de aquisição procurando se autenticar como um usuário válido. Dependendo da modalidade biométrica, os tipos de ataque variam de acordo com o tipo de material usado para construir as amostras sintéticas. Por exemplo, em biometria facial, uma tentativa de ataque é caracterizada quando um usuário impostor apresenta ao sensor de aquisição uma fotografia, um vídeo digital ou uma máscara 3D com as informações faciais de um usuário-alvo. Em sistemas de biometria baseados em íris, os ataques de apresentação podem ser realizados com fotografias impressas ou com lentes de contato contendo os padrões de íris de um usuário-alvo ou mesmo padrões de textura sintéticas. Nos sistemas biométricos de impressão digital, os usuários impostores podem enganar o sensor biométrico usando réplicas dos padrões de impressão digital construídas com materiais sintéticos, como látex, massa de modelar, silicone, entre outros. Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de soluções para detecção de ataques de apresentação considerando os sistemas biométricos faciais, de íris e de impressão digital. As linhas de investigação apresentadas nesta tese incluem o desenvolvimento de representações baseadas nas informações espaciais, temporais e espectrais da assinatura de ruído; em propriedades intrínsecas das amostras biométricas (e.g., mapas de albedo, de reflectância e de profundidade) e em técnicas de aprendizagem supervisionada de características. Os principais resultados e contribuições apresentadas nesta tese incluem: a criação de um grande conjunto de dados publicamente disponível contendo aproximadamente 17K videos de simulações de ataques de apresentações e de acessos genuínos em um sistema biométrico facial, os quais foram coletados com a autorização do Comitê de Ética em Pesquisa da Unicamp; o desenvolvimento de novas abordagens para modelagem e análise de propriedades extrínsecas das amostras biométricas relacionadas aos artefatos que são adicionados durante a fabricação das amostras sintéticas e sua captura pelo sensor de aquisição, cujos resultados de desempenho foram superiores a diversos métodos propostos na literature que se utilizam de métodos tradicionais de análise de images (e.g., análise de textura); a investigação de uma abordagem baseada na análise de propriedades intrínsecas das faces, estimadas a partir da informação de sombras presentes em sua superfície; e, por fim, a investigação de diferentes abordagens baseadas em redes neurais convolucionais para o aprendizado automático de características relacionadas ao nosso problema, cujos resultados foram superiores ou competitivos aos métodos considerados estado da arte para as diferentes modalidades biométricas consideradas nesta tese. A pesquisa também considerou o projeto de eficientes redes neurais com arquiteturas rasas capazes de aprender características relacionadas ao nosso problema a partir de pequenos conjuntos de dados disponíveis para o desenvolvimento e a avaliação de soluções para a detecção de ataques de apresentaçãoAbstract: Recent advances in biometrics, information forensics, and security have improved the recognition effectiveness of biometric systems. However, an ever-growing challenge is the vulnerability of such systems against presentation attacks, in which impostor users create synthetic samples from the original biometric information of a legitimate user and show them to the acquisition sensor seeking to authenticate themselves as legitimate users. Depending on the trait used by the biometric authentication, the attack types vary with the type of material used to build the synthetic samples. For instance, in facial biometric systems, an attempted attack is characterized by the type of material the impostor uses such as a photograph, a digital video, or a 3D mask with the facial information of a target user. In iris-based biometrics, presentation attacks can be accomplished with printout photographs or with contact lenses containing the iris patterns of a target user or even synthetic texture patterns. In fingerprint biometric systems, impostor users can deceive the authentication process using replicas of the fingerprint patterns built with synthetic materials such as latex, play-doh, silicone, among others. This research aimed at developing presentation attack detection (PAD) solutions whose objective is to detect attempted attacks considering different attack types, in each modality. The lines of investigation presented in this thesis aimed at devising and developing representations based on spatial, temporal and spectral information from noise signature, intrinsic properties of the biometric data (e.g., albedo, reflectance, and depth maps), and supervised feature learning techniques, taking into account different testing scenarios including cross-sensor, intra-, and inter-dataset scenarios. The main findings and contributions presented in this thesis include: the creation of a large and publicly available benchmark containing 17K videos of presentation attacks and bona-fide presentations simulations in a facial biometric system, whose collect were formally authorized by the Research Ethics Committee at Unicamp; the development of novel approaches to modeling and analysis of extrinsic properties of biometric samples related to artifacts added during the manufacturing of the synthetic samples and their capture by the acquisition sensor, whose results were superior to several approaches published in the literature that use traditional methods for image analysis (e.g., texture-based analysis); the investigation of an approach based on the analysis of intrinsic properties of faces, estimated from the information of shadows present on their surface; and the investigation of different approaches to automatically learning representations related to our problem, whose results were superior or competitive to state-of-the-art methods for the biometric modalities considered in this thesis. We also considered in this research the design of efficient neural networks with shallow architectures capable of learning characteristics related to our problem from small sets of data available to develop and evaluate PAD solutionsDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação140069/2016-0 CNPq, 142110/2017-5CAPESCNP

The TREC-2002 video track report

TREC-2002 saw the second running of the Video Track, the goal of which was to promote progress in content-based retrieval from digital video via open, metrics-based evaluation. The track used 73.3 hours of publicly available digital video (in MPEG-1/VCD format) downloaded by the participants directly from the Internet Archive (Prelinger Archives) (internetarchive, 2002) and some from the Open Video Project (Marchionini, 2001). The material comprised advertising, educational, industrial, and amateur films produced between the 1930's and the 1970's by corporations, nonprofit organizations, trade associations, community and interest groups, educational institutions, and individuals. 17 teams representing 5 companies and 12 universities - 4 from Asia, 9 from Europe, and 4 from the US - participated in one or more of three tasks in the 2001 video track: shot boundary determination, feature extraction, and search (manual or interactive). Results were scored by NIST using manually created truth data for shot boundary determination and manual assessment of feature extraction and search results. This paper is an introduction to, and an overview of, the track framework - the tasks, data, and measures - the approaches taken by the participating groups, the results, and issues regrading the evaluation. For detailed information about the approaches and results, the reader should see the various site reports in the final workshop proceedings

Teegi: Tangible EEG Interface

We introduce Teegi, a Tangible ElectroEncephaloGraphy (EEG) Interface that enables novice users to get to know more about something as complex as brain signals, in an easy, en- gaging and informative way. To this end, we have designed a new system based on a unique combination of spatial aug- mented reality, tangible interaction and real-time neurotech- nologies. With Teegi, a user can visualize and analyze his or her own brain activity in real-time, on a tangible character that can be easily manipulated, and with which it is possible to interact. An exploration study has shown that interacting with Teegi seems to be easy, motivating, reliable and infor- mative. Overall, this suggests that Teegi is a promising and relevant training and mediation tool for the general public.Comment: to appear in UIST-ACM User Interface Software and Technology Symposium, Oct 2014, Honolulu, United State

EMOTIONS THAT INFLUENCE PURCHASE DECISIONS AND THEIR ELECTRONIC PROCESSING

Recent studies have shown that most of our purchasing choices and decisions are theresult of a careful analysis of the advantages and disadvantages and of affective and emotionalaspects. Psychological literature recognizes that the emotional conditions are always present andinfluence every stage of decision-making in purchasing process. Consumers establish with companybrands an overall emotional relationship and express, also with web technologies, reviews andsuggestions on product/service. In our department we have developed an original algorithm ofsentiment analysis to extract emotions from online customer opinions. With this algorithm we haveobtained good results to polarize this opinions in order to reach strategic marketing goals.emotions, emotional marketing, emotional brand, emotions measurement, sentiment analysis.

Reconhecimento de padrões em expressões faciais : algoritmos e aplicações

Orientador: Hélio PedriniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O reconhecimento de emoções tem-se tornado um tópico relevante de pesquisa pela comunidade científica, uma vez que desempenha um papel essencial na melhoria contínua dos sistemas de interação humano-computador. Ele pode ser aplicado em diversas áreas, tais como medicina, entretenimento, vigilância, biometria, educação, redes sociais e computação afetiva. Há alguns desafios em aberto relacionados ao desenvolvimento de sistemas emocionais baseados em expressões faciais, como dados que refletem emoções mais espontâneas e cenários reais. Nesta tese de doutorado, apresentamos diferentes metodologias para o desenvolvimento de sistemas de reconhecimento de emoções baseado em expressões faciais, bem como sua aplicabilidade na resolução de outros problemas semelhantes. A primeira metodologia é apresentada para o reconhecimento de emoções em expressões faciais ocluídas baseada no Histograma da Transformada Census (CENTRIST). Expressões faciais ocluídas são reconstruídas usando a Análise Robusta de Componentes Principais (RPCA). A extração de características das expressões faciais é realizada pelo CENTRIST, bem como pelos Padrões Binários Locais (LBP), pela Codificação Local do Gradiente (LGC) e por uma extensão do LGC. O espaço de características gerado é reduzido aplicando-se a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise Discriminante Linear (LDA). Os algoritmos K-Vizinhos mais Próximos (KNN) e Máquinas de Vetores de Suporte (SVM) são usados para classificação. O método alcançou taxas de acerto competitivas para expressões faciais ocluídas e não ocluídas. A segunda é proposta para o reconhecimento dinâmico de expressões faciais baseado em Ritmos Visuais (VR) e Imagens da História do Movimento (MHI), de modo que uma fusão de ambos descritores codifique informações de aparência, forma e movimento dos vídeos. Para extração das características, o Descritor Local de Weber (WLD), o CENTRIST, o Histograma de Gradientes Orientados (HOG) e a Matriz de Coocorrência em Nível de Cinza (GLCM) são empregados. A abordagem apresenta uma nova proposta para o reconhecimento dinâmico de expressões faciais e uma análise da relevância das partes faciais. A terceira é um método eficaz apresentado para o reconhecimento de emoções audiovisuais com base na fala e nas expressões faciais. A metodologia envolve uma rede neural híbrida para extrair características visuais e de áudio dos vídeos. Para extração de áudio, uma Rede Neural Convolucional (CNN) baseada no log-espectrograma de Mel é usada, enquanto uma CNN construída sobre a Transformada de Census é empregada para a extração das características visuais. Os atributos audiovisuais são reduzidos por PCA e LDA, então classificados por KNN, SVM, Regressão Logística (LR) e Gaussian Naïve Bayes (GNB). A abordagem obteve taxas de reconhecimento competitivas, especialmente em dados espontâneos. A penúltima investiga o problema de detectar a síndrome de Down a partir de fotografias. Um descritor geométrico é proposto para extrair características faciais. Experimentos realizados em uma base de dados pública mostram a eficácia da metodologia desenvolvida. A última metodologia trata do reconhecimento de síndromes genéticas em fotografias. O método visa extrair atributos faciais usando características de uma rede neural profunda e medidas antropométricas. Experimentos são realizados em uma base de dados pública, alcançando taxas de reconhecimento competitivasAbstract: Emotion recognition has become a relevant research topic by the scientific community, since it plays an essential role in the continuous improvement of human-computer interaction systems. It can be applied in various areas, for instance, medicine, entertainment, surveillance, biometrics, education, social networks, and affective computing. There are some open challenges related to the development of emotion systems based on facial expressions, such as data that reflect more spontaneous emotions and real scenarios. In this doctoral dissertation, we propose different methodologies to the development of emotion recognition systems based on facial expressions, as well as their applicability in the development of other similar problems. The first is an emotion recognition methodology for occluded facial expressions based on the Census Transform Histogram (CENTRIST). Occluded facial expressions are reconstructed using an algorithm based on Robust Principal Component Analysis (RPCA). Extraction of facial expression features is then performed by CENTRIST, as well as Local Binary Patterns (LBP), Local Gradient Coding (LGC), and an LGC extension. The generated feature space is reduced by applying Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA). K-Nearest Neighbor (KNN) and Support Vector Machine (SVM) algorithms are used for classification. This method reached competitive accuracy rates for occluded and non-occluded facial expressions. The second proposes a dynamic facial expression recognition based on Visual Rhythms (VR) and Motion History Images (MHI), such that a fusion of both encodes appearance, shape, and motion information of the video sequences. For feature extraction, Weber Local Descriptor (WLD), CENTRIST, Histogram of Oriented Gradients (HOG), and Gray-Level Co-occurrence Matrix (GLCM) are employed. This approach shows a new direction for performing dynamic facial expression recognition, and an analysis of the relevance of facial parts. The third is an effective method for audio-visual emotion recognition based on speech and facial expressions. The methodology involves a hybrid neural network to extract audio and visual features from videos. For audio extraction, a Convolutional Neural Network (CNN) based on log Mel-spectrogram is used, whereas a CNN built on Census Transform is employed for visual extraction. The audio and visual features are reduced by PCA and LDA, and classified through KNN, SVM, Logistic Regression (LR), and Gaussian Naïve Bayes (GNB). This approach achieves competitive recognition rates, especially in a spontaneous data set. The second last investigates the problem of detecting Down syndrome from photographs. A geometric descriptor is proposed to extract facial features. Experiments performed on a public data set show the effectiveness of the developed methodology. The last methodology is about recognizing genetic disorders in photos. This method focuses on extracting facial features using deep features and anthropometric measurements. Experiments are conducted on a public data set, achieving competitive recognition ratesDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutora em Ciência da Computação140532/2019-6CNPQCAPE

Landscape dialogues

“Landscape Dialogues” is my examination of textile expression as a dialogue between rug design and high latitude landscapes. The inspiration arises from my encounters with both Finnish as well as Icelandic landscapes and therefore, entails making sense of my own perception as an outsider. The purpose of this examination is to create an aesthetic representation that expresses my encounter with these distinctive landscapes. Using the technique of hand tufting as my means of expression, I translate my perception of these landscapes into carpets. My challenge is to use hand tufting as a medium where upon my experience can be illustrated. The focus of my examinations lays in the historical and phenomenological development of landscape perception. Also, a review of hand-tufted carpets and their artistic significance is included. The practical outcome is a hand-tufted rug illustrating my explorations. The hand-tufted carpet was made in Iceland through experimentation with Icelandic wool