Pedestrian Detection based on Clustered Poselet Models and Hierarchical And-Or Grammar

In this paper, a novel part-based pedestrian detection algorithm is proposed for complex traffic surveillance environments. To capture posture and articulation variations of pedestrians, we define a hierarchical grammar model with the and-or graphical structure to represent the decomposition of pedestrians. Thus, pedestrian detection is converted to a parsing problem. Next, we propose clustered poselet models, which use the affinity propagation clustering algorithm to automatically select representative pedestrian part patterns in keypoint space. Trained clustered poselets are utilized as the terminal part models in the grammar model. Finally, after all clustered poselet activations in the input image are detected, one bottom-up inference is performed to effectively search maximum a posteriori (MAP) solutions in the grammar model. Thus, consistent poselet activations are combined into pedestrian hypotheses, and their bounding boxes are predicted. Both appearance scores and geometry constraints among pedestrian parts are considered in inference. A series of experiments is conducted on images, both from the public TUD-Pedestrian data set and collected in real traffic crossing scenarios. The experimental results demonstrate that our algorithm outperforms other successful approaches with high reliability and robustness in complex environments

Articulated people detection and pose estimation in challenging real world environments

In this thesis we are interested in the problem of articulated people detection and pose estimation being key ingredients towards understanding visual scenes containing people. First, we investigate how statistical 3D human shape models from computer graphics can be leveraged to ease training data generation. Second, we develop expressive models for 2D single- and multi-person pose estimation. Third, we introduce a novel human pose estimation benchmark that makes a significant advance in terms of diversity and difficulty. Thorough experimental evaluation on standard benchmarks demonstrates significant improvements due to the proposed data augmentation techniques and novel body models, while detailed performance analysis of competing approaches on our novel benchmark allows to identify the most promising directions of improvement.In dieser Arbeit untersuchen wir das Problem der artikulierten Detektion und Posenschätzung von Personen als Schlüsselkomponenten des Verstehens von visuellen Szenen mit Personen. Obwohl es umfangreiche Bemühungen gibt, die Lösung dieser Probleme anzugehen, haben wir drei vielversprechende Herangehensweisen ermittelt, die unserer Meinung nach bisher nicht ausreichend beachtet wurden. Erstens untersuchen wir, wie statistische 3 D Modelle des menschlichen Umrisses, die aus der Computergrafik stammen, wirksam eingesetzt werden können, um die Generierung von Trainingsdaten zu erleichtern. Wir schlagen eine Reihe von Techniken zur automatischen Datengenerierung vor, die eine direkte Repräsentation relevanter Variationen in den Trainingsdaten erlauben. Indem wir Stichproben aus der zu Grunde liegenden Verteilung des menschlichen Umrisses und aus einem großen Datensatz von menschlichen Posen ziehen, erzeugen wir eine neue für unsere Aufgabe relevante Auswahl mit regulierbaren Variationen von Form und Posen. Darüber hinaus verbessern wir das neueste 3 D Modell des menschlichen Umrisses selbst, indem wir es aus einem großen handelsüblichen Datensatz von 3 D Körpern neu aufbauen. Zweitens entwickeln wir ausdrucksstarke räumliche Modelle und ErscheinungsbildModelle für die 2 D Posenschätzung einzelner und mehrerer Personen. Wir schlagen ein ausdrucksstarkes Einzelperson-Modell vor, das Teilabhängigkeiten höherer Ordnung einbezieht, aber dennoch effizient bleibt. Wir verstärken dieses Modell durch verschiedene Arten von starken Erscheinungsbild-Repräsentationen, um die Körperteilhypothesen erheblich zu verbessern. Schließlich schlagen wir ein ausdruckstarkes Modell zur gemeinsamen Posenschätzung mehrerer Personen vor. Dazu entwickeln wir starke Deep Learning-basierte Körperteildetektoren und ein ausdrucksstarkes voll verbundenes räumliches Modell. Der vorgeschlagene Ansatz behandelt die Posenschätzung mehrerer Personen als ein Problem der gemeinsamen Aufteilung und Annotierung eines Satzes von Körperteilhypothesen: er erschließt die Anzahl von Personen in einer Szene, identifiziert verdeckte Körperteile und unterscheidet eindeutig Körperteile von Personen, die sich nahe beieinander befinden. Drittens führen wir eine gründliche Bewertung und Performanzanalyse führender Methoden der menschlichen Posenschätzung und Aktivitätserkennung durch. Dazu stellen wir einen neuen Benchmark vor, der einen bedeutenden Fortschritt bezüglich Diversität und Schwierigkeit im Vergleich zu bisherigen Datensätzen mit sich bringt und über 40 . 000 annotierte Körperposen und mehr als 1 . 5 Millionen Einzelbilder enthält. Darüber hinaus stellen wir einen reichhaltigen Satz an Annotierungen zur Verfügung, die zu einer detaillierten Analyse konkurrierender Herangehensweisen benutzt werden, wodurch wir Erkenntnisse zu Erfolg und Mißerfolg dieser Methoden erhalten. Zusammengefasst präsentiert diese Arbeit einen neuen Ansatz zur artikulierten Detektion und Posenschätzung von Personen. Eine gründliche experimentelle Evaluation auf Standard-Benchmarkdatensätzen zeigt signifikante Verbesserungen durch die vorgeschlagenen Datenverstärkungstechniken und neuen Körpermodelle, während eine detaillierte Performanzanalyse konkurrierender Herangehensweisen auf unserem neu vorgestellten großen Benchmark uns erlaubt, die vielversprechendsten Bereiche für Verbesserungen zu erkennen

Extracting structured information from 2D images

Convolutional neural networks can handle an impressive array of supervised learning tasks while relying on a single backbone architecture, suggesting that one solution fits all vision problems. But for many tasks, we can directly make use of the problem structure within neural networks to deliver more accurate predictions. In this thesis, we propose novel deep learning components that exploit the structured output space of an increasingly complex set of problems. We start from Optical Character Recognition (OCR) in natural scenes and leverage the constraints imposed by a spatial outline of letters and language requirements. Conventional OCR systems do not work well in natural scenes due to distortions, blur, or letter variability. We introduce a new attention-based model, equipped with extra information about the neuron positions to guide its focus across characters sequentially. It beats the previous state-of-the-art benchmark by a significant margin. We then turn to dense labeling tasks employing encoder-decoder architectures. We start with an experimental study that documents the drastic impact that decoder design can have on task performance. Rather than optimizing one decoder per task separately, we propose new robust layers for the upsampling of high-dimensional encodings. We show that these better suit the structured per pixel output across the board of all tasks. Finally, we turn to the problem of urban scene understanding. There is an elaborate structure in both the input space (multi-view recordings, aerial and street-view scenes) and the output space (multiple fine-grained attributes for holistic building understanding). We design new models that benefit from a relatively simple cuboidal-like geometry of buildings to create a single unified representation from multiple views. To benchmark our model, we build a new multi-view large-scale dataset of buildings images and fine-grained attributes and show systematic improvements when compared to a broad range of strong CNN-based baselines

Hierarchische Modelle für das visuelle Erkennen und Lernen von Objekten, Szenen und Aktivitäten

In many computer vision applications, objects have to be learned and recognized in images or image sequences. Most of these objects have a hierarchical structure.For example, 3d objects can be decomposed into object parts, and object parts, in turn, into geometric primitives. Furthermore, scenes are composed of objects. And also activities or behaviors can be divided hierarchically into actions, these into individual movements, etc. Hierarchical models are therefore ideally suited for the representation of a wide range of objects used in applications such as object recognition, human pose estimation, or activity recognition. In this work new probabilistic hierarchical models are presented that allow an efficient representation of multiple objects of different categories, scales, rotations, and views. The idea is to exploit similarities between objects, object parts or actions and movements in order to share calculations and avoid redundant information. We will introduce online and offline learning methods, which enable to create efficient hierarchies based on small or large training datasets, in which poses or articulated structures are given by instances. Furthermore, we present inference approaches for fast and robust detection. These new approaches combine the idea of compositional and similarity hierarchies and overcome limitations of previous methods. They will be used in an unified hierarchical framework spatially for object recognition as well as spatiotemporally for activity recognition. The unified generic hierarchical framework allows us to apply the proposed models in different projects. Besides classical object recognition it is used for detection of human poses in a project for gait analysis. The activity detection is used in a project for the design of environments for ageing, to identify activities and behavior patterns in smart homes. In a project for parking spot detection using an intelligent vehicle, the proposed approaches are used to hierarchically model the environment of the vehicle for an efficient and robust interpretation of the scene in real-time.In zahlreichen Computer Vision Anwendungen müssen Objekte in einzelnen Bildern oder Bildsequenzen erlernt und erkannt werden. Viele dieser Objekte sind hierarchisch aufgebaut.So lassen sich 3d Objekte in Objektteile zerlegen und Objektteile wiederum in geometrische Grundkörper. Und auch Aktivitäten oder Verhaltensmuster lassen sich hierarchisch in einzelne Aktionen aufteilen, diese wiederum in einzelne Bewegungen usw. Für die Repräsentation sind hierarchische Modelle dementsprechend gut geeignet. In dieser Arbeit werden neue probabilistische hierarchische Modelle vorgestellt, die es ermöglichen auch mehrere Objekte verschiedener Kategorien, Skalierungen, Rotationen und aus verschiedenen Blickrichtungen effizient zu repräsentieren. Eine Idee ist hierbei, Ähnlichkeiten unter Objekten, Objektteilen oder auch Aktionen und Bewegungen zu nutzen, um redundante Informationen und Mehrfachberechnungen zu vermeiden. In der Arbeit werden online und offline Lernverfahren vorgestellt, die es ermöglichen, effiziente Hierarchien auf Basis von kleinen oder großen Trainingsdatensätzen zu erstellen, in denen Posen und bewegliche Strukturen durch Beispiele gegeben sind. Des Weiteren werden Inferenzansätze zur schnellen und robusten Detektion vorgestellt. Diese werden innerhalb eines einheitlichen hierarchischen Frameworks sowohl räumlich zur Objekterkennung als auch raumzeitlich zur Aktivitätenerkennung verwendet. Das einheitliche Framework ermöglicht die Anwendung des vorgestellten Modells innerhalb verschiedener Projekte. Neben der klassischen Objekterkennung wird es zur Erkennung von menschlichen Posen in einem Projekt zur Ganganalyse verwendet. Die Aktivitätenerkennung wird in einem Projekt zur Gestaltung altersgerechter Lebenswelten genutzt, um in intelligenten Wohnräumen Aktivitäten und Verhaltensmuster von Bewohnern zu erkennen. Im Rahmen eines Projektes zur Parklückenvermessung mithilfe eines intelligenten Fahrzeuges werden die vorgestellten Ansätze verwendet, um das Umfeld des Fahrzeuges hierarchisch zu modellieren und dadurch das Szenenverstehen zu ermöglichen

Représentations de niveau intermédiaire pour la modélisation d'objets

In this thesis we propose the use of mid-level representations, and in particular i) medial axes, ii) object parts, and iii)convolutional features, for modelling objects.The first part of the thesis deals with detecting medial axes in natural RGB images. We adopt a learning approach, utilizing colour, texture and spectral clustering features, to build a classifier that produces a dense probability map for symmetry. Multiple Instance Learning (MIL) allows us to treat scale and orientation as latent variables during training, while a variation based on random forests offers significant gains in terms of running time.In the second part of the thesis we focus on object part modeling using both hand-crafted and learned feature representations. We develop a coarse-to-fine, hierarchical approach that uses probabilistic bounds for part scores to decrease the computational cost of mixture models with a large number of HOG-based templates. These efficiently computed probabilistic bounds allow us to quickly discard large parts of the image, and evaluate the exact convolution scores only at promising locations. Our approach achieves a "4times-5times" speedup over the naive approach with minimal loss in performance.We also employ convolutional features to improve object detection. We use a popular CNN architecture to extract responses from an intermediate convolutional layer. We integrate these responses in the classic DPM pipeline, replacing hand-crafted HOG features, and observe a significant boost in detection performance (~14.5% increase in mAP).In the last part of the thesis we experiment with fully convolutional neural networks for the segmentation of object parts.We re-purpose a state-of-the-art CNN to perform fine-grained semantic segmentation of object parts and use a fully-connected CRF as a post-processing step to obtain sharp boundaries.We also inject prior shape information in our model through a Restricted Boltzmann Machine, trained on ground-truth segmentations.Finally, we train a new fully-convolutional architecture from a random initialization, to segment different parts of the human brain in magnetic resonance image data.Our methods achieve state-of-the-art results on both types of data.Dans cette thèse, nous proposons l'utilisation de représentations de niveau intermédiaire, et en particulier i) d'axes médians, ii) de parties d'objets, et iii) des caractéristiques convolutionnels, pour modéliser des objets.La première partie de la thèse traite de détecter les axes médians dans des images naturelles en couleur. Nous adoptons une approche d'apprentissage, en utilisant la couleur, la texture et les caractéristiques de regroupement spectral pour construire un classificateur qui produit une carte de probabilité dense pour la symétrie. Le Multiple Instance Learning (MIL) nous permet de traiter l'échelle et l'orientation comme des variables latentes pendant l'entraînement, tandis qu'une variante fondée sur les forêts aléatoires offre des gains significatifs en termes de temps de calcul.Dans la deuxième partie de la thèse, nous traitons de la modélisation des objets, utilisant des modèles de parties déformables (DPM). Nous développons une approche « coarse-to-fine » hiérarchique, qui utilise des bornes probabilistes pour diminuer le coût de calcul dans les modèles à grand nombre de composants basés sur HOGs. Ces bornes probabilistes, calculés de manière efficace, nous permettent d'écarter rapidement de grandes parties de l'image, et d'évaluer précisément les filtres convolutionnels seulement à des endroits prometteurs. Notre approche permet d'obtenir une accélération de 4-5 fois sur l'approche naïve, avec une perte minimale en performance.Nous employons aussi des réseaux de neurones convolutionnels (CNN) pour améliorer la détection d'objets. Nous utilisons une architecture CNN communément utilisée pour extraire les réponses de la dernière couche de convolution. Nous intégrons ces réponses dans l'architecture DPM classique, remplaçant les descripteurs HOG fabriqués à la main, et nous observons une augmentation significative de la performance de détection (~14.5% de mAP).Dans la dernière partie de la thèse nous expérimentons avec des réseaux de neurones entièrement convolutionnels pous la segmentation de parties d'objets.Nous réadaptons un CNN utilisé à l'état de l'art pour effectuer une segmentation sémantique fine de parties d'objets et nous utilisons un CRF entièrement connecté comme étape de post-traitement pour obtenir des bords fins.Nous introduirons aussi un à priori sur les formes à l'aide d'une Restricted Boltzmann Machine (RBM), à partir des segmentations de vérité terrain.Enfin, nous concevons une nouvelle architecture entièrement convolutionnel, et l'entraînons sur des données d'image à résonance magnétique du cerveau, afin de segmenter les différentes parties du cerveau humain.Notre approche permet d'atteindre des résultats à l'état de l'art sur les deux types de données

Language and Perceptual Categorization in Computational Visual Recognition

Computational visual recognition or giving computers the ability to understand images as well as humans do is a core problem in Computer Vision. Traditional recognition systems often describe visual content by producing a set of isolated labels, object locations, or by even trying to annotate every pixel in an image with a category. People instead describe the visual world using language. The rich visually descriptive language produced by people incorporates information from human intuition, world knowledge, visual saliency, and common sense that go beyond detecting individual visual concepts like objects, attributes, or scenes. Moreover, due to the rising popularity of social media, there exist billions of images with associated text on the web, yet systems that can leverage this type of annotations or try to connect language and vision are scarce. In this dissertation, we propose new approaches that explore the connections between language and vision at several levels of detail by combining techniques from Computer Vision and Natural Language Understanding. We first present a data-driven technique for understanding and generating image descriptions using natural language, including automatically collecting a big-scale dataset of images with visually descriptive captions. Then we introduce a system for retrieving short visually descriptive phrases for describing some part or aspect of an image, and a simple technique to generate full image descriptions by stitching short phrases. Next we introduce an approach for collecting and generating referring expressions for objects in natural scenes at a much larger scale than previous studies. Finally, we describe methods for learning how to name objects by using intuitions from perceptual categorization related to basic-level and entry-level categories. The main contribution of this thesis is in advancing our knowledge on how to leverage language and intuitions from human perception to create visual recognition systems that can better learn from and communicate with people.Doctor of Philosoph

Combining visual recognition and computational linguistics : linguistic knowledge for visual recognition and natural language descriptions of visual content

Extensive efforts are being made to improve visual recognition and semantic understanding of language. However, surprisingly little has been done to exploit the mutual benefits of combining both fields. In this thesis we show how the different fields of research can profit from each other. First, we scale recognition to 200 unseen object classes and show how to extract robust semantic relatedness from linguistic resources. Our novel approach extends zero-shot to few shot recognition and exploits unlabeled data by adopting label propagation for transfer learning. Second, we capture the high variability but low availability of composite activity videos by extracting the essential information from text descriptions. For this we recorded and annotated a corpus for fine-grained activity recognition. We show improvements in a supervised case but we are also able to recognize unseen composite activities. Third, we present a corpus of videos and aligned descriptions. We use it for grounding activity descriptions and for learning how to automatically generate natural language descriptions for a video. We show that our proposed approach is also applicable to image description and that it outperforms baselines and related work. In summary, this thesis presents a novel approach for automatic video description and shows the benefits of extracting linguistic knowledge for object and activity recognition as well as the advantage of visual recognition for understanding activity descriptions.Trotz umfangreicher Anstrengungen zur Verbesserung der die visuelle Erkennung und dem automatischen Verständnis von Sprache, ist bisher wenig getan worden, um diese beiden Forschungsbereiche zu kombinieren. In dieser Dissertation zeigen wir, wie beide voneinander profitieren können. Als erstes skalieren wir Objekterkennung zu 200 ungesehen Klassen und zeigen, wie man robust semantische Ähnlichkeiten von Sprachressourcen extrahiert. Unser neuer Ansatz kombiniert Transfer und halbüberwachten Lernverfahren und kann so Daten ohne Annotation ausnutzen und mit keinen als auch mit wenigen Trainingsbeispielen auskommen. Zweitens erfassen wir die hohe Variabilität aber geringe Verfügbarkeit von Videos mit zusammengesetzten Aktivitäten durch Extraktion der wesentlichen Informationen aus Textbeschreibungen. Wir verbessern überwachtes Training als auch die Erkennung von ungesehenen Aktivitäten. Drittens stellen wir einen parallelen Datensatz von Videos und Beschreibungen vor. Wir verwenden ihn für Grounding von Aktivitätsbeschreibungen und um die automatische Generierung natürlicher Sprache für ein Video zu erlernen. Wir zeigen, dass sich unsere Ansatz auch für Bildbeschreibung einsetzten lässt und das er bisherige Ansätze übertrifft. Zusammenfassend stellt die Dissertation einen neuen Ansatz zur automatische Videobeschreibung vor und zeigt die Vorteile von sprachbasierten Ähnlichkeitsmaßen für die Objekt- und Aktivitätserkennung als auch umgekehrt

LOOKING INTO ACTORS, OBJECTS AND THEIR INTERACTIONS FOR VIDEO UNDERSTANDING

Automatic video understanding is critical for enabling new applications in video surveillance, augmented reality, and beyond. Powered by deep networks that learn holistic representations of video clips, and large-scale annotated datasets, modern systems are capable of accurately recognizing hundreds of human activity classes. However, their performance significantly degrades as the number of actors in the scene or the complexity of the activities increases. Therefore, most of the research thus far has focused on videos that are short and/or contain a few activities performed only by adults. Furthermore, most current systems require expensive, spatio-temporal annotations for training. These limitations prevent the deployment of such systems in real-life applications, such as detecting activities of people and vehicles in an extended surveillance videos. To address these limitations, this thesis focuses on developing data-driven, compositional, region-based video understanding models motivated by the observation that actors, objects and their spatio-temporal interactions are the building blocks of activities and the main content of video descriptions provided by humans. This thesis makes three main contributions. First, we propose a novel Graph Neural Network for representation learning on heterogeneous graphs that encode spatio-temporal interactions between actor and object regions in videos. This model can learn context-aware representations for detected actors and objects, which we leverage for detecting complex activities. Second, we propose an attention-based deep conditional generative model of sentences, whose latent variables correspond to alignments between words in textual descriptions of videos and object regions. Building upon the framework of Conditional Variational Autoencoders, we train this model using only textual descriptions without bounding box annotations, and leverage its latent variables for localizing the actors and objects that are mentioned in generated or ground-truth descriptions of videos. Finally, we propose an actor-centric framework for real-time activity detection in videos that are extended both in space and time. Our framework leverages object detections and tracking to generate actor-centric tubelets, capturing all relevant spatio-temporal context for a single actor, and detects activities per tubelet based on contextual region embeddings. The models described have demonstrably improved the ability to temporally detect activities, as well as ground words in visual inputs

SEGUIMIENTO DE PERSONAS APLICANDO RESTRICCIONES CINEMÁTICAS BASADAS EN MODELOS DE CUERPOS RÍGIDOS ARTICULADOS

The present thesis deals with the study of vision techniques for the detection of human pose based on the analysis of a single image, as well as the tracking of these poses along a sequence of images. It is proposed to model the human pose by four kinematic chains that model the four articulated extremities. These kinematic chains and head remain attached to the body. The four kinematic chains are composed by three keypoints. Therefore, the model initially has a total of $14$ parts. In this thesis it is proposed to modify the technique called Deformable Parts Model (DPM), adding the depth channel. Initially, the DPM model was defined over three RGB channel images. While in this thesis it is proposed to work on images of four RGBD channels, so the proposed extension is called 4D-DPM. The experiments performed with 4D-DPM demonstrate an improvement in the accuracy of pose detection with respect to the initial DPM model, at the cost of increasing its computational cost when treating an additional channel. On the other hand, it is defined to reduce the previous computational cost by simplifying the model that defines the human pose. The idea is to reduce the number of variables to be detected with the 4D-DPM model, so that the suppressed variables can be calculated from the detected variables using inverse kinematics models based on dual quaternions. In addition, it is proposed to use a particle filter models to continue improving the accuracy of detection of human poses along a sequence of images. Considering the problem of detection and monitoring of human body pose along a video sequence, this thesis proposes the use of the following method. 1. Camara calibration. RGBD image processing. Subtraction of the image background with the MSER method. 2. 4D-DPM: method used to detect the keypoints (variables of the pose model) within an image. 3. Particle filters: this type of filter is designed to track the keypoints over time and correct the data obtained by the sensor. 4. Inverse kinematic modeling: the control of kinematic chains is performed with the help of dual cuaternions in order to obtain the complete pose model of the human body. The overall contribution of this thesis is the proposal of the previous method that, combining the previous methods, is able to improve the accuracy in the detection and the follow up of the human body pose in a video sequence, also reducing its computational cost . This is possible due to the combination of the 4D-DPM method with the use of inverse kinematics techniques. The original DPM method should detect $14$ point of interest on an RGB image to estimate the human pose. However, the proposed method, where a point of interest for each limb is removed, must detect $10$ point of interest on an RGBD image. Subsequently, the eliminated $4$ point of interest are calculated by using inverse kinematics methods from the calculated $10$ point of interest. To solve the problem of inverse kinematics a dual quaternions methods is proposed for each of the $4$ kinematic chains that model the extremities of the skeleton of the human body. The particle filter is applied over the time sequence of the 10 points of interest of the posture model detected through the 4D-DPM method. To design these particle filters it is proposed to add the following restrictions to weight the particles generated: 1. Restrictions on joint limits. 2. Softness restrictions. 3. Collision detection. 4. Projection of poly-spheresLa presente tesis trata sobre el estudio de técnicas de visión para la detección de la postura del esqueleto del cuerpo humano basada en el análisis de una sola imagen, además del seguimiento de estas posturas a lo largo de una secuencia de imágenes. Se propone modelar la postura del esqueleto cuerpo humano mediante cuatro cadenas cinemáticas que modelan las cuatro extremidades articuladas. Estas cadenas cinemáticas y la cabeza permanecen unidas al cuerpo. Las cuatro cadenas cinemáticas se componen de tres puntos de interés. Por lo tanto, el modelo inicialmente dispone de un total de 14 puntos de interés. En esta tesis se propone modificar la técnica denominada Deformable Parts Model (DPM), añadiendo el canal de profundidad denominado ``Depth''. Inicialmente el modelo DPM se definió sobre imágenes de tres canales RGB. Mientras que en esta tesis se propone trabajar sobre imágenes de cuatro canales RGBD, por ello a la ampliación propuesta se le denomina 4D-DPM. Por otra parte, se propone reducir el coste computacional anterior simplificando el modelo que define la postura del cuerpo humano. La idea es reducir el número de variables a detectar con el modelo 4D-DPM, de tal manera que las variables suprimidas se puedan calcular a partir de las variables detectadas, utilizando modelos de cinemática inversa basados en cuaterniones duales. Los experimentos realizados demuestran que la combinación de estas dos técnicas permite, reduciendo el coste computacional del método original DPM, mejorar la precisión de la detección de postura debido a la información extra del canal de profundidad. Adicionalmente, se propone utilizar modelos de filtros de partículas para continuar mejorando la precisión de la detección de las posturas humanas a lo largo de una secuencia de imágenes. Atendiendo al problema de detección y seguimiento de las postura del esqueleto del cuerpo humano a lo largo de una secuencia de vídeo, esta tesis propone el uso del siguiente método. 1. Calibración de cámaras. Procesamiento de imágenes RGBD. Sustracción del fondo de la imagen con el método MSER. 2. 4D-DPM: método utilizado para detectar los puntos de interés (variables del modelo de postura) dentro de una imagen. 3. Filtros de partículas: se diseña este tipo de filtros para realizar el seguimiento de los puntos de interés a lo largo del tiempo y corregir los datos obtenidos por el sensor. 4. Modelado cinemático inverso: se realiza el control de cadenas cinemáticas con la ayuda de cuaterniones duales con el fin de obtener el modelo completo de la postura del esqueleto del cuerpo humano. La contribución global de esta tesis es la propuesta del método anterior que, combinando los métodos anteriores, es capaz de mejorar la precisión en la detección y el seguimiento de la postura del esqueleto del cuerpo humano en una secuencia de vídeo, reduciendo además su coste computacional. El método original DPM debe detectar 14 puntos de interés sobre una imagen RGB para estimar la postura de un cuerpo humano. Sin embargo, el método propuesto debe detectar 10 puntos de interés sobre una imagen RGBD. Posteriormente, los 4 puntos de interés eliminados se calculan mediante la utilización de métodos de cinemática inversa a partir de los 10 puntos de interés calculados. Para resolver el problema de la cinemática inversa se propone utilizar cuaterniones duales para cada una de las 4 cadenas cinemáticas que modelan las extremidades del esqueleto del cuerpo humano. El filtro de partículas se aplica sobre la secuencia temporal de los 10 puntos de interés del modelo de postura detectados a través del método 4D-DPM. Para diseñar estos filtros de partículas se propone añadir las siguientes restricciones, explicadas en la memoria, para ponderar las partículas generadas: 1. Restricciones en los límites de articulaciones. 2. Restricciones de suavidad. 3. Detección de colisiones. 4. Proyección de las poli-esferas.La present tesi tracta sobre l'estudi de tècniques de visió per a la detecció de la postura de l'esquelet del cos humà basada en l'anàlisi d'una sola imatge, a més del seguiment d'estes postures al llarg d'una seqüència d'imatges. Es proposa modelar la postura de l'esquelet del cos humà per mitjà de quatre cadenes cinemàtiques que modelen les quatre extremitats articulades. Estes cadenes cinemàtiques i el cap romanen unides al cos. Les quatre cadenes cinemàtiques es componen de tres punts d'interés. Per tant, el model inicialment disposa d'un total de $14$ punts d'interés. En esta tesi es proposa modificar la tècnica denominada Deformable Parts Model (DPM) , afegint el canal de profunditat denominat ``Depth''. Inicialment el model DPM es va definir sobre imatges de tres canals RGB. Mentres que en esta tesi es proposa treballar sobre imatges de quatre canals RGBD, per això a l'ampliació proposada se la denomina 4D-DPM. D'altra banda, es proposa reduir el cost computacional anterior simplificant el model que definix la postura del cos humà. La idea és reduir el nombre de variables a detectar amb el model 4D-DPM, de tal manera que les variables suprimides es puguen calcular a partir de les variables detectades, utilitzant models de cinemàtica inversa basats en quaternions duals. Els experiments realitzats demostren que la combinació d'estes dos tècniques permet, reduint el cost computacional del mètode original DPM, millorar la precisió de la detecció de la postura degut a la informació extra del canal de profunditat. Addicionalment, es proposa utilitzar models de filtres de partícules per a continuar millorant la precisió de la detecció de les postures humanes al llarg d'una seqüència d'imatges. Atenent al problema de detecció i seguiment de les postura de l'esquelet del cos humà al llarg d'una seqüència de vídeo, esta tesi proposa l'ús del següent mètode. 1. Calibratge de càmeres. Processament d'imatges RGBD. Sostracció del fons de la imatge amb el mètode MSER. 2. 4D-DPM: mètode utilitzat per a detectar els punts d'interés (variables del model de postura) dins d'una imatge. 3. Filtres de partícules: es dissenya este tipus de filtres per a realitzar el seguiment dels punts d'interés al llarg del temps i corregir les dades obtingudes pel sensor. 4. Modelatge cinemàtic invers: es realitza el control de cadenes cinemàtiques amb l'ajuda de quaternions duals a fi d'obtindre el model complet de l'esquelet del cos humà. La contribució global d'esta tesi és la proposta del mètode anterior que, combinant els mètodes anteriors, és capaç de millorar la precisió en la detecció i el seguiment de la postura de l'esquelet del cos humà en una seqüència de vídeo, reduint a més el seu cost computacional. Açò és possible a causa de la combinació del mètode 4D-DPM amb la utilització de tècniques de cinemàtica inversa. El mètode original DPM ha de detectar 14 punts d'interés sobre una imatge RGB per a estimar la postura d'un cos humà. No obstant això, el mètode proposat ha de detectar 10 punts d'interés sobre una imatge RGBD. Posteriorment, els 4 punts d'interés eliminats es calculen per mitjà de la utilització de mètodes de cinemàtica inversa a partir dels 10 punts d'interés calculats. Per a resoldre el problema de la cinemàtica inversa es proposa utilitzar quaternions duals per a cada una de les 4 cadenes cinemàtiques que modelen les extremitats de l'esquelet del cos humà. El filtre de partícules s'aplica sobre la seqüència temporal dels 10 punts d'interés del model de postura detectats a través del mètode 4D-DPM. Per a dissenyar estos filtres de partícules es proposa afegir les següents restriccions per a ponderar les partícules generades: 1. Restriccions en els límits d'articulacions. 2. Restriccions de suavitat. 3. Detecció de col·lisions. 4. Projecció de les poli-esferes.Martínez Bertí, E. (2017). SEGUIMIENTO DE PERSONAS APLICANDO RESTRICCIONES CINEMÁTICAS BASADAS EN MODELOS DE CUERPOS RÍGIDOS ARTICULADOS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86159TESI