The Evolution of First Person Vision Methods: A Survey

The emergence of new wearable technologies such as action cameras and smart-glasses has increased the interest of computer vision scientists in the First Person perspective. Nowadays, this field is attracting attention and investments of companies aiming to develop commercial devices with First Person Vision recording capabilities. Due to this interest, an increasing demand of methods to process these videos, possibly in real-time, is expected. Current approaches present a particular combinations of different image features and quantitative methods to accomplish specific objectives like object detection, activity recognition, user machine interaction and so on. This paper summarizes the evolution of the state of the art in First Person Vision video analysis between 1997 and 2014, highlighting, among others, most commonly used features, methods, challenges and opportunities within the field.Comment: First Person Vision, Egocentric Vision, Wearable Devices, Smart Glasses, Computer Vision, Video Analytics, Human-machine Interactio

Rich probabilistic models for semantic labeling

Das Ziel dieser Monographie ist es die Methoden und Anwendungen des semantischen Labelings zu erforschen. Unsere Beiträge zu diesem sich rasch entwickelten Thema sind bestimmte Aspekte der Modellierung und der Inferenz in probabilistischen Modellen und ihre Anwendungen in den interdisziplinären Bereichen der Computer Vision sowie medizinischer Bildverarbeitung und Fernerkundung

Combining local features and region segmentation: methods and applications

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, Departamento de Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones. Fecha de lectura: 23-01-2020Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 23-07-2021Muchas y muy diferentes son las propuestas que se han desarrollado en el área de la visión artificial para la extracción de información de las imágenes y su posterior uso. Entra las más destacadas se encuentran las conocidas como características locales, del inglés local features, que detectan puntos o áreas de la imagen con ciertas características de interés, y las describen usando información de su entorno (local). También destacan las regiones en este área, y en especial este trabajo se ha centrado en los segmentadores en regiones, cuyo objetivo es agrupar la información de la imagen atendiendo a diversos criterios. Pese al enorme potencial de estas técnicas, y su probado éxito en diversas aplicaciones, su definición lleva implícita una serie de limitaciones funcionales que les han impedido exportar sus capacidades a otras áreas de aplicación. Se pretende impulsar el uso de estas herramientas en dichas aplicaciones, y por tanto mejorar los resultados del estado del arte, mediante la propuesta de un marco de desarrollo de nuevas soluciones. En concreto, la hipótesis principal del proyecto es que las capacidades de las características locales y los segmentadores en regiones son complementarias, y que su combinación, realizada de la forma adecuada, las maximiza a la vez que minimiza sus limitaciones. El principal objetivo, y por tanto la principal contribución del proyecto, es validar dicha hipótesis mediante la propuesta de un marco de desarrollo de nuevas soluciones combinando características locales y segmentadores para técnicas con capacidades mejoradas. Al tratarse de un marco de combinación de dos técnicas, el proceso de validación se ha llevado a cabo en dos pasos. En primer lugar se ha planteado el caso del uso de segmentadores en regiones para mejorar las características locales. Para verificar la viabilidad y el éxito de esta combinación se ha desarrollado una propuesta específica, SP-SIFT, que se ha validado tanto a nivel experimental como a nivel de aplicación real, en concreto como técnica principal de algoritmos de seguimiento de objetos. En segundo lugar, se ha planteado el caso de uso de características locales para mejorar los segmentadores en regiones. Para verificar la viabilidad y el éxito de esta combinación se ha desarrollado una propuesta específica, LF-SLIC, que se ha validado tanto a nivel experimental como a nivel de aplicación real, en concreto como técnica principal de un algoritmo de segmentación de lesiones pigmentadas de la piel. Los resultados conceptuales han probado que las técnicas mejoran a nivel de capacidades. Los resultados aplicados han probado que estas mejoras permiten el uso de estas técnicas en aplicaciones donde antes no tenían éxito. Con ello, se ha considerado la hipótesis validada, y por tanto exitosa la definición de un marco para el desarrollo de nuevas técnicas específicas con capacidades mejoradas. En conclusión, la principal aportación de la tesis es el marco de combinación de técnicas, plasmada en sus dos propuestas específicas: características locales mejoradas con segmentadores y segmentadores mejorados con características locales, y en el éxito conseguido en sus aplicaciones.A huge number of proposals have been developed in the area of computer vision for information extraction from images, and its further use. One of the most prevalent solutions are those known as local features. They detect points or areas of the image with certain characteristics of interest, and describe them using information from their (local) environment. The regions also stand out in the area, and especially this work has focused on the region segmentation algorithms, whose objective is to group the information of the image according to di erent criteria. Despite the enormous potential of these techniques, and their proven success in a number of applications, their de nition implies a series of functional limitations that have prevented them from exporting their capabilities to other application areas. In this thesis, it is intended to promote the use of these tools in these applications, and therefore improve the results of the state of the art, by proposing a framework for developing new solutions. Speci cally, the main hypothesis of the project is that the capacities of the local features and the region segmentation algorithms are complementary, and thus their combination, carried out in the right way, maximizes them while minimizing their limitations. The main objective, and therefore the main contribution of the thesis, is to validate this hypothesis by proposing a framework for developing new solutions combining local features and region segmentation algorithms, obtaining solutions with improved capabilities. As the hypothesis is proposing to combine two techniques, the validation process has been carried out in two steps. First, the use case of region segmentation algorithms enhancing local features. In order to verify the viability and success of this combination, a speci c proposal, SP-SIFT, was been developed. This proposal was validated both experimentally and in a real application scenario, speci cally as the main technique of object tracking algorithms. Second, the use case of enhancing region segmentation algorithm with local features. In order to verify the viability and success of this combination, a speci c proposal, LF-SLIC, was developed. The proposal was validated both experimentally and in a real application scenario, speci cally as the main technique of a pigmented skin lesions segmentation algorithm. The conceptual results proved that the techniques improve at the capabilities level. The application results proved that these improvements allow the use of this techniques in applications where they were previously unsuccessful. Thus, the hypothesis can be considered validated, and therefore the de nition of a framework for the development of new techniques with improved capabilities can be considered successful. In conclusion, the main contribution of the thesis is the framework for the combination of techniques, embodied in the two speci c proposals: enhanced local features with region segmentation algorithms, and region segmentation algorithms enhanced with local features; and in the success achieved in their applications.The work described in this Thesis was carried out within the Video Processing and Understanding Lab at the Department of Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones, Escuela Politécnica Superior, Universidad Autónoma de Madrid (from 2014 to 2019). It was partially supported by the Spanish Government (TEC2014-53176-R, HAVideo)

Gesture tracking and neural activity segmentation in head-fixed behaving mice by deep learning methods

The typical approach used by neuroscientists is to study the response of laboratory animals to a stimulus while recording their neural activity at the same time. With the advent of calcium imaging technology, researchers can now study neural activity at sub-cellular resolutions in vivo. Similarly, recording the behaviour of laboratory animals is also becoming more affordable. Although it is now easier to record behavioural and neural data, this data comes with its own set of challenges. The biggest challenge, given the sheer volume of the data, is annotation. A traditional approach is to annotate the data manually, frame by frame. With behavioural data, manual annotation is done by looking at each frame and tracing the animals; with neural data, this is carried out by a trained neuroscientist. In this research, we propose automated tools based on deep learning that can aid in the processing of behavioural and neural data. These tools will help neuroscientists annotate and analyse the data they acquire in an automated and reliable way.La configuración típica empleada por los neurocientíficos consiste en estudiar la respuesta de los animales de laboratorio a un estímulo y registrar al mismo tiempo su actividad neuronal. Con la llegada de la tecnología de imágenes del calcio, los investigadores pueden ahora estudiar la actividad neuronal a resoluciones subcelulares in vivo. Del mismo modo, el registro del comportamiento de los animales de laboratorio también se está volviendo más asequible. Aunque ahora es más fácil registrar los datos del comportamiento y los datos neuronales, estos datos ofrecen su propio conjunto de desafíos. El mayor desafío es la anotación de los datos debido a su gran volumen. Un enfoque tradicional es anotar los datos manualmente, fotograma a fotograma. En el caso de los datos sobre el comportamiento, la anotación manual se hace mirando cada fotograma y rastreando los animales, mientras que, para los datos neuronales, la anotación la hace un neurocientífico capacitado. En esta investigación, proponemos herramientas automatizadas basadas en el aprendizaje profundo que pueden ayudar a procesar los datos de comportamiento y los datos neuronales.La configuració típica emprada pels neurocientífics consisteix a estudiar la resposta dels animals de laboratori a un estímul i registrar al mateix temps la seva activitat neuronal. Amb l'arribada de la tecnologia d'imatges basades en calci, els investigadors poden ara estudiar l'activitat neuronal a resolucions subcel·lulars in vivo. De la mateixa manera, el registre del comportament dels animals de laboratori també ha esdevingut molt més assequible. Tot i que ara és més fàcil registrar les dades del comportament i les dades neuronals, aquestes dades ofereixen el seu propi conjunt de reptes. El major desafiament és l'anotació de les dades, degut al seu gran volum. Un enfocament tradicional és anotar les dades manualment, fotograma a fotograma. En el cas de les dades sobre el comportament, l'anotació manual es fa mirant cada fotograma i rastrejant els animals, mentre que per a les dades neuronals, l'anotació la fa un neurocientífic capacitat. En aquesta investigació, proposem eines automatitzades basades en laprenentatge profund que poden ajudar a modelar les dades de comportament i les dades neuronals