An original framework for understanding human actions and body language by using deep neural networks

The evolution of both fields of Computer Vision (CV) and Artificial Neural Networks (ANNs) has allowed the development of efficient automatic systems for the analysis of people's behaviour. By studying hand movements it is possible to recognize gestures, often used by people to communicate information in a non-verbal way. These gestures can also be used to control or interact with devices without physically touching them. In particular, sign language and semaphoric hand gestures are the two foremost areas of interest due to their importance in Human-Human Communication (HHC) and Human-Computer Interaction (HCI), respectively. While the processing of body movements play a key role in the action recognition and affective computing fields. The former is essential to understand how people act in an environment, while the latter tries to interpret people's emotions based on their poses and movements; both are essential tasks in many computer vision applications, including event recognition, and video surveillance. In this Ph.D. thesis, an original framework for understanding Actions and body language is presented. The framework is composed of three main modules: in the first one, a Long Short Term Memory Recurrent Neural Networks (LSTM-RNNs) based method for the Recognition of Sign Language and Semaphoric Hand Gestures is proposed; the second module presents a solution based on 2D skeleton and two-branch stacked LSTM-RNNs for action recognition in video sequences; finally, in the last module, a solution for basic non-acted emotion recognition by using 3D skeleton and Deep Neural Networks (DNNs) is provided. The performances of RNN-LSTMs are explored in depth, due to their ability to model the long term contextual information of temporal sequences, making them suitable for analysing body movements. All the modules were tested by using challenging datasets, well known in the state of the art, showing remarkable results compared to the current literature methods

Block-level discrete cosine transform coefficients for autonomic face recognition

This dissertation presents a novel method of autonomic face recognition based on the recently proposed biologically plausible network of networks (NoN) model of information processing. The NoN model is based on locally parallel and globally coordinated transformations. In the NoN architecture, the neurons or computational units form distributed networks, which themselves link to form larger networks. In the general case, an n-level hierarchy of nested distributed networks is constructed. This models the structures in the cerebral cortex described by Mountcastle and the architecture based on that proposed for information processing by Sutton. In the implementation proposed in the dissertation, the image is processed by a nested family of locally operating networks along with a hierarchically superior network that classifies the information from each of the local networks. The implementation of this approach helps obtain sensitivity to the contrast sensitivity function (CSF) in the middle of the spectrum, as is true for the human vision system. The input images are divided into blocks to define the local regions of processing. The two-dimensional Discrete Cosine Transform (DCT), a spatial frequency transform, is used to transform the data into the frequency domain. Thereafter, statistical operators that calculate various functions of spatial frequency in the block are used to produce a block-level DCT coefficient. The image is now transformed into a variable length vector that is trained with respect to the data set. The classification was done by the use of a backpropagation neural network. The proposed method yields excellent results on a benchmark database. The results of the experiments yielded a maximum of 98.5% recognition accuracy and an average of 97.4% recognition accuracy. An advanced version of the method where the local processing is done on offset blocks has also been developed. This has validated the NoN approach and further research using local processing as well as more advanced global operators is likely to yield even better results

Assessing the existence of visual clues of human ovulation

Is the concealed human ovulation a myth? The author of this work tries to answer the above question by using a medium-size database of facial images specially created and tagged. Analyzing possible facial modifications during the mensal period is a formal tool to assess the veracity about the concealed ovulation. In normal view, the human ovulation remains concealed. In other words, there is no visible external sign of the mensal period in humans. These external signs are very much visible in many animals such as baboons, dogs or elephants. Some are visual (baboons) and others are biochemical (dogs). Insects use pheromones and other animals can use sounds to inform the partners of their fertility period. The objective is not just to study the visual female ovulation signs but also to understand and explain automatic image processing methods which could be used to extract precise landmarks from the facial pictures. This could later be applied to the studies about the fluctuant asymmetry. The field of fluctuant asymmetry is a growing field in evolutionary biology but cannot be easily developed because of the necessary time to manually extract the landmarks. In this work we have tried to see if any perceptible sign is present in human face during the ovulation and how we can detect formal changes, if any, in face appearance during the mensal period. We have taken photography from 50 girls for 32 days. Each day we took many photos of each girl. At the end we chose a set of 30 photos per girl representing the whole mensal cycle. From these photos 600 were chosen to be manually tagged for verification issues. The photos were organized in a rating software to allow human raters to watch and choose the two best looking pictures for each girl. These results were then checked to highlight the relation between chosen photos and ovulation period in the cycle. Results were indicating that in fact there are some clues in the face of human which could eventually give a hint about their ovulation. Later, different automatic landmark detection methods were applied to the pictures to highlight possible modifications in the face during the period. Although the precision of the tested methods, are far from being perfect, the comparison of these measurements to the state of art indexes of beauty shows a slight modification of the face towards a prettier face during the ovulation. The automatic methods tested were Active Appearance Model (AAM), the neural deep learning and the regression trees. It was observed that for this kind of applications the best method was the regression trees. Future work has to be conducted to firmly confirm these data, number of human raters should be augmented, and a proper learning data base should be developed to allow a learning process specific to this problematic. We also think that low level image processing will be necessary to achieve the final precision which could reveal more details of possible changes in human faces.A ovulação no ser humano é, em geral, considerada “oculta”, ou seja, sem sinais exteriores. Mas a ovulação ou o período mensal é uma mudança hormonal extremamente importante que se repete em cada ciclo. Acreditar que esta mudança hormonal não tem nenhum sinal visível parece simplista. Estes sinais externos são muito visíveis em animais, como babuínos, cães ou elefantes. Alguns são visuais (babuínos) e outros são bioquímicos (cães). Insetos usam feromonas e outros animais podem usar sons para informar os parceiros do seu período de fertilidade. O ser humano tem vindo a esconder ou pelo menos camuflar sinais desses durante a evolução. As razoes para esconder ou camuflar a ovulação no ser humano não são claros e não serão discutidos nesta dissertação. Na primeira parte deste trabalho, a autora deste trabalho, depois de criar um base de dados de tamanho médio de imagens faciais e anotar as fotografias vai verificar se sinais de ovulação podem ser detetados por outros pessoas. Ou seja, se modificações que ‘as priori’ são invisíveis podem ser percebidas de maneira inconsciente pelo observador. Na segunda parte, a autora vai analisar as eventuais modificações faciais durante o período, de uma maneira formal, utilizando medidas faciais. Métodos automáticos de analise de imagem aplicados permitem obter os dados necessários. Uma base de dados de imagens para efetuar este trabalho foi criado de raiz, uma vez que nenhuma base de dados existia na literatura. 50 raparigas aceitaram de participar na criação do base de dados. Durante 32 dias e diariamente, cada rapariga foi fotografada. Em cada sessão foi tirada várias fotos. As fotos foram depois apuradas para deixar só 30 fotos ao máximo, para cada rapariga. 600 fotos foram depois escolhidas para serem manualmente anotadas. Essas 600 fotos anotadas, definam a base de dados de verificação. Assim as medidas obtidas automaticamente podem ser verificadas comparando com a base de 600 fotos anotadas. O objetivo deste trabalho não é apenas estudar os sinais visuais da ovulação feminina, mas também testar e explicar métodos de processamento automático de imagens que poderiam ser usados para extrair pontos de interesse, das imagens faciais. A automatização de extração dos pontos de interesse poderia mais tarde ser aplicado aos estudos sobre a assimetria flutuante. O campo da assimetria flutuante é um campo crescente na biologia evolucionária, mas não pode ser desenvolvido facilmente. O tempo necessário para extrair referencias e pontos de interesse é proibitivo. Por além disso, estudos de assimetria flutuante, muitas vezes, baseado numa só fotografia pode vier a ser invalido, se modificações faciais temporárias existirem. Modificações temporárias, tipo durante o período mensal, revela que estudos fenotípicos baseados numa só fotografia não pode constituir uma base viável para estabelecer ligas genótipo-fenótipo. Para tentar ver se algum sinal percetível está presente no rosto humano durante a ovulação, as fotos foram organizadas num software de presentação para permitir o observador humano escolher duas fotos (as mais atraentes) de cada rapariga. Estes resultados foram então analisados para destacar a relação entre as fotos escolhidas e o período de ovulação no ciclo mensal. Os resultados sugeriam que, de facto, existem algumas indicações no rosto que poderiam eventualmente dar informações sobre o período de ovulação. Os observadores escolheram como mais atraente de cada rapariga, aquelas que tinham sido tiradas nos dias imediatos antes ou depois da ovulação. Ou seja, foi claramente estabelecido que a mesma rapariga parecia mais atraente durante os dias próximos da data da ovulação. O software também permite recolher dados sobre o observador para analise posterior de comportamento dos observadores perante as fotografias. Os dados dos observadores podem dar indicações sobre as razoes da ovulação escondida que foi desenvolvida durante a evolução. A seguir, diferentes métodos automáticos de deteção de pontos de interesse foram aplicados às imagens para detetar o tipo de modificações no rosto durante o período. A precisão dos métodos testados, apesar de não ser perfeita, permite observar algumas relações entre as modificações e os índices de atratividade. Os métodos automáticos testados foram Active Appearance Model (AAM), Convolutional Neural Networks (CNN) e árvores de regressão (Dlib-Rt). AAM e CNN foram implementados em Python utilizando o modulo Keras library. Dlib-Rt foi implementado em C++ utilizando OpenCv. Os métodos utilizados, estão todos baseados em aprendizagem e sacrificam a precisão. Comparando os resultados dos métodos automáticos com os resultados manualmente obtidos, indicaram que os métodos baseados em aprendizagem podem não ter a precisão necessária para estudos em simetria flutuante ou para estudos de modificação faciais finas. Apesar de falta de precisão, observou-se que, para este tipo de aplicação, o melhor método (entre os testados) foi as árvores de regressão. Os dados e medidas obtidas, constituíram uma base de dados com a data de período, medidas faciais, dados sociais e dados de atratividade que poderem ser utilizados para trabalhos posteriores. O trabalho futuro tem de ser conduzido para confirmar firmemente estes dados, o número de avaliadores humanos deve ser aumentado, e uma base de dados de aprendizagem adequada deve ser desenvolvida para permitir a definição de um processo de aprendizagem específico para esta problemática. Também foi observado que o processamento de imagens de baixo nível será necessário para alcançar a precisão final que poderia revelar detalhes finos de mudanças em rostos humanos. Transcrever os dados e medidas para o índice de atratividade e aplicar métodos de data-mining pode revelar exatamente quais são as modificações implicadas durante o período mensal. A autora também prevê a utilização de uma câmara fotográfica tipo true-depth permite obter os dados de profundidade e volumo que podem afinar os estudos. Os dados de pigmentação da pele e textura da mesma também devem ser considerados para obter e observar todos tipos de modificação facial durante o período mensal. Os dados também devem separar raparigas com métodos químicos de contraceção, uma vez que estes métodos podem interferir com os níveis hormonais e introduzir erros de apreciação. Por fim o mesmo estudo poderia ser efetuado nos homens, uma vez que homens não sofrem de mudanças hormonais, a aparição de qualquer modificação facial repetível pode indicar existência de fatos camuflados

Connected Attribute Filtering Based on Contour Smoothness

A new attribute measuring the contour smoothness of 2-D objects is presented in the context of morphological attribute filtering. The attribute is based on the ratio of the circularity and non-compactness, and has a maximum of 1 for a perfect circle. It decreases as the object boundary becomes irregular. Computation on hierarchical image representation structures relies on five auxiliary data members and is rapid. Contour smoothness is a suitable descriptor for detecting and discriminating man-made structures from other image features. An example is demonstrated on a very-high-resolution satellite image using connected pattern spectra and the switchboard platform

Review of Person Re-identification Techniques

Person re-identification across different surveillance cameras with disjoint fields of view has become one of the most interesting and challenging subjects in the area of intelligent video surveillance. Although several methods have been developed and proposed, certain limitations and unresolved issues remain. In all of the existing re-identification approaches, feature vectors are extracted from segmented still images or video frames. Different similarity or dissimilarity measures have been applied to these vectors. Some methods have used simple constant metrics, whereas others have utilised models to obtain optimised metrics. Some have created models based on local colour or texture information, and others have built models based on the gait of people. In general, the main objective of all these approaches is to achieve a higher-accuracy rate and lowercomputational costs. This study summarises several developments in recent literature and discusses the various available methods used in person re-identification. Specifically, their advantages and disadvantages are mentioned and compared.Comment: Published 201