Object Detection in 20 Years: A Survey

Object detection, as of one the most fundamental and challenging problems in computer vision, has received great attention in recent years. Its development in the past two decades can be regarded as an epitome of computer vision history. If we think of today's object detection as a technical aesthetics under the power of deep learning, then turning back the clock 20 years we would witness the wisdom of cold weapon era. This paper extensively reviews 400+ papers of object detection in the light of its technical evolution, spanning over a quarter-century's time (from the 1990s to 2019). A number of topics have been covered in this paper, including the milestone detectors in history, detection datasets, metrics, fundamental building blocks of the detection system, speed up techniques, and the recent state of the art detection methods. This paper also reviews some important detection applications, such as pedestrian detection, face detection, text detection, etc, and makes an in-deep analysis of their challenges as well as technical improvements in recent years.Comment: This work has been submitted to the IEEE TPAMI for possible publicatio

Faster R-CNN for Robust Pedestrian Detection Using Semantic Segmentation Network

Convolutional neural networks (CNN) have enabled significant improvements in pedestrian detection owing to the strong representation ability of the CNN features. However, it is generally difficult to reduce false positives on hard negative samples such as tree leaves, traffic lights, poles, etc. Some of these hard negatives can be removed by making use of high level semantic vision cues. In this paper, we propose a region-based CNN method which makes use of semantic cues for better pedestrian detection. Our method extends the Faster R-CNN detection framework by adding a branch of network for semantic image segmentation. The semantic network aims to compute complementary higher level semantic features to be integrated with the convolutional features. We make use of multi-resolution feature maps extracted from different network layers in order to ensure good detection accuracy for pedestrians at different scales. Boosted forest is used for training the integrated features in a cascaded manner for hard negatives mining. Experiments on the Caltech pedestrian dataset show improvements on detection accuracy with the semantic network. With the deep VGG16 model, our pedestrian detection method achieves robust detection performance on the Caltech dataset

Recent advances in deep learning for object detection

Object detection is a fundamental visual recognition problem in computer vision and has been widely studied in the past decades. Visual object detection aims to find objects of certain target classes with precise localization in a given image and assign each object instance a corresponding class label. Due to the tremendous successes of deep learning based image classification, object detection techniques using deep learning have been actively studied in recent years. In this paper, we give a comprehensive survey of recent advances in visual object detection with deep learning. By reviewing a large body of recent related work in literature, we systematically analyze the existing object detection frameworks and organize the survey into three major parts: (i) detection components, (ii) learning strategies, and (iii) applications & benchmarks. In the survey, we cover a variety of factors affecting the detection performance in detail, such as detector architectures, feature learning, proposal generation, sampling strategies, etc. Finally, we discuss several future directions to facilitate and spur future research for visual object detection with deep learning. Keywords: Object Detection, Deep Learning, Deep Convolutional Neural Network

Pedestrian Detection Algorithms using Shearlets

In this thesis, we investigate the applicability of the shearlet transform for the task of pedestrian detection. Due to the usage of in several emerging technologies, such as automated or autonomous vehicles, pedestrian detection has evolved into a key topic of research in the last decade. In this time period, a wealth of different algorithms has been developed. According to the current results on the Caltech Pedestrian Detection Benchmark the algorithms can be divided into two categories. First, application of hand-crafted image features and of a classifier trained on these features. Second, methods using Convolutional Neural Networks in which features are learned during the training phase. It is studied how both of these types of procedures can be further improved by the incorporation of shearlets, a framework for image analysis which has a comprehensive theoretical basis

A model for inebriation recognition in humans using computer vision

Abstract: Inebriation is a situational impairment caused by the consumption of alcohol affecting the consumer's interaction with the environment around them...M.Sc. (Information Technology

From pixels to people : recovering location, shape and pose of humans in images

Humans are at the centre of a significant amount of research in computer vision. Endowing machines with the ability to perceive people from visual data is an immense scientific challenge with a high degree of direct practical relevance. Success in automatic perception can be measured at different levels of abstraction, and this will depend on which intelligent behaviour we are trying to replicate: the ability to localise persons in an image or in the environment, understanding how persons are moving at the skeleton and at the surface level, interpreting their interactions with the environment including with other people, and perhaps even anticipating future actions. In this thesis we tackle different sub-problems of the broad research area referred to as "looking at people", aiming to perceive humans in images at different levels of granularity. We start with bounding box-level pedestrian detection: We present a retrospective analysis of methods published in the decade preceding our work, identifying various strands of research that have advanced the state of the art. With quantitative exper- iments, we demonstrate the critical role of developing better feature representations and having the right training distribution. We then contribute two methods based on the insights derived from our analysis: one that combines the strongest aspects of past detectors and another that focuses purely on learning representations. The latter method outperforms more complicated approaches, especially those based on hand- crafted features. We conclude our work on pedestrian detection with a forward-looking analysis that maps out potential avenues for future research. We then turn to pixel-level methods: Perceiving humans requires us to both separate them precisely from the background and identify their surroundings. To this end, we introduce Cityscapes, a large-scale dataset for street scene understanding. This has since established itself as a go-to benchmark for segmentation and detection. We additionally develop methods that relax the requirement for expensive pixel-level annotations, focusing on the task of boundary detection, i.e. identifying the outlines of relevant objects and surfaces. Next, we make the jump from pixels to 3D surfaces, from localising and labelling to fine-grained spatial understanding. We contribute a method for recovering 3D human shape and pose, which marries the advantages of learning-based and model- based approaches. We conclude the thesis with a detailed discussion of benchmarking practices in computer vision. Among other things, we argue that the design of future datasets should be driven by the general goal of combinatorial robustness besides task-specific considerations.Der Mensch steht im Zentrum vieler Forschungsanstrengungen im Bereich des maschinellen Sehens. Es ist eine immense wissenschaftliche Herausforderung mit hohem unmittelbarem Praxisbezug, Maschinen mit der Fähigkeit auszustatten, Menschen auf der Grundlage von visuellen Daten wahrzunehmen. Die automatische Wahrnehmung kann auf verschiedenen Abstraktionsebenen erfolgen. Dies hängt davon ab, welches intelligente Verhalten wir nachbilden wollen: die Fähigkeit, Personen auf der Bildfläche oder im 3D-Raum zu lokalisieren, die Bewegungen von Körperteilen und Körperoberflächen zu erfassen, Interaktionen einer Person mit ihrer Umgebung einschließlich mit anderen Menschen zu deuten, und vielleicht sogar zukünftige Handlungen zu antizipieren. In dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit verschiedenen Teilproblemen die dem breiten Forschungsgebiet "Betrachten von Menschen" gehören. Beginnend mit der Fußgängererkennung präsentieren wir eine Analyse von Methoden, die im Jahrzehnt vor unserem Ausgangspunkt veröffentlicht wurden, und identifizieren dabei verschiedene Forschungsstränge, die den Stand der Technik vorangetrieben haben. Unsere quantitativen Experimente zeigen die entscheidende Rolle sowohl der Entwicklung besserer Bildmerkmale als auch der Trainingsdatenverteilung. Anschließend tragen wir zwei Methoden bei, die auf den Erkenntnissen unserer Analyse basieren: eine Methode, die die stärksten Aspekte vergangener Detektoren kombiniert, eine andere, die sich im Wesentlichen auf das Lernen von Bildmerkmalen konzentriert. Letztere übertrifft kompliziertere Methoden, insbesondere solche, die auf handgefertigten Bildmerkmalen basieren. Wir schließen unsere Arbeit zur Fußgängererkennung mit einer vorausschauenden Analyse ab, die mögliche Wege für die zukünftige Forschung aufzeigt. Anschließend wenden wir uns Methoden zu, die Entscheidungen auf Pixelebene betreffen. Um Menschen wahrzunehmen, müssen wir diese sowohl praezise vom Hintergrund trennen als auch ihre Umgebung verstehen. Zu diesem Zweck führen wir Cityscapes ein, einen umfangreichen Datensatz zum Verständnis von Straßenszenen. Dieser hat sich seitdem als Standardbenchmark für Segmentierung und Erkennung etabliert. Darüber hinaus entwickeln wir Methoden, die die Notwendigkeit teurer Annotationen auf Pixelebene reduzieren. Wir konzentrieren uns hierbei auf die Aufgabe der Umgrenzungserkennung, d. h. das Erkennen der Umrisse relevanter Objekte und Oberflächen. Als nächstes machen wir den Sprung von Pixeln zu 3D-Oberflächen, vom Lokalisieren und Beschriften zum präzisen räumlichen Verständnis. Wir tragen eine Methode zur Schätzung der 3D-Körperoberfläche sowie der 3D-Körperpose bei, die die Vorteile von lernbasierten und modellbasierten Ansätzen vereint. Wir schließen die Arbeit mit einer ausführlichen Diskussion von Evaluationspraktiken im maschinellen Sehen ab. Unter anderem argumentieren wir, dass der Entwurf zukünftiger Datensätze neben aufgabenspezifischen Überlegungen vom allgemeinen Ziel der kombinatorischen Robustheit bestimmt werden sollte

Video-Based Environment Perception for Automated Driving using Deep Neural Networks

Automatisierte Fahrzeuge benötigen eine hochgenaue Umfeldwahrnehmung, um sicher und komfortabel zu fahren. Gleichzeitig müssen die Perzeptionsalgorithmen mit der verfügbaren Rechenleistung die Echtzeitanforderungen der Anwendung erfüllen. Kamerabilder stellen eine sehr wichtige Informationsquelle für automatisierte Fahrzeuge dar. Sie beinhalten mehr Details als Daten von anderen Sensoren wie Lidar oder Radar und sind oft vergleichsweise günstig. Damit ist es möglich, ein automatisiertes Fahrzeug mit einem Surround-View Sensor-Setup auszustatten, ohne die Gesamtkosten zu stark zu erhöhen. In dieser Arbeit präsentieren wir einen effizienten und genauen Ansatz zur videobasierten Umfeldwahrnehmung für automatisierte Fahrzeuge. Er basiert auf Deep Learning und löst die Probleme der Objekterkennung, Objektverfolgung und der semantischen Segmentierung von Kamerabildern. Wir schlagen zunächst eine schnelle CNN-Architektur zur gleichzeitigen Objekterkennung und semantischen Segmentierung vor. Diese Architektur ist skalierbar, so dass Genauigkeit leicht gegen Rechenzeit eingetauscht werden kann, indem ein einziger Skalierungsfaktor geändert wird. Wir modifizieren diese Architektur daraufhin, um Embedding-Vektoren für jedes erkannte Objekt vorherzusagen. Diese Embedding-Vektoren werden als Assoziationsmetrik bei der Objektverfolgung eingesetzt. Sie werden auch für einen neuartigen Algorithmus zur Non-Maximum Suppression eingesetzt, den wir FeatureNMS nennen. FeatureNMS kann in belebten Szenen, in denen die Annahmen des klassischen NMS-Algorithmus nicht zutreffen, einen höheren Recall erzielen. Wir erweitern anschlie{\ss}end unsere CNN-Architektur für Einzelbilder zu einer Mehrbild-Architektur, welche zwei aufeinanderfolgende Videobilder als Eingabe entgegen nimmt. Die Mehrbild-Architektur schätzt den optischen Fluss zwischen beiden Videobildern innerhalb des künstlichen neuronalen Netzwerks. Dies ermöglicht es, einen Verschiebungsvektor zwischen den Videobildern für jedes detektierte Objekt zu schätzen. Diese Verschiebungsvektoren werden ebenfalls als Assoziationsmetrik bei der Objektverfolgung eingesetzt. Zuletzt präsentieren wir einen einfachen Tracking-by-Detection-Ansatz, der wenig Rechenleistung erfordert. Er benötigt einen starken Objektdetektor und stützt sich auf die Embedding- und Verschiebungsvektoren, die von unserer CNN-Architektur geschätzt werden. Der hohe Recall des Objektdetektors führt zu einer häufigen Detektion der verfolgten Objekte. Unsere diskriminativen Assoziationsmetriken, die auf den Embedding- und Verschiebungsvektoren basieren, ermöglichen eine zuverlässige Zuordnung von neuen Detektionen zu bestehenden Tracks. Diese beiden Bestandteile erlauben es, ein einfaches Bewegungsmodell mit Annahme einer konstanten Geschwindigkeit und einem Kalman-Filter zu verwenden. Die von uns vorgestellten Methoden zur videobasierten Umfeldwahrnehmung erreichen gute Resultate auf den herausfordernden Cityscapes- und BDD100K-Datensätzen. Gleichzeitig sind sie recheneffizient und können die Echtzeitanforderungen der Anwendung erfüllen. Wir verwenden die vorgeschlagene Architektur erfolgreich innerhalb des Wahrnehmungs-Moduls eines automatisierten Versuchsfahrzeugs. Hier hat sie sich in der Praxis bewähren können