A Survey of Applications and Human Motion Recognition with Microsoft Kinect

Microsoft Kinect, a low-cost motion sensing device, enables users to interact with computers or game consoles naturally through gestures and spoken commands without any other peripheral equipment. As such, it has commanded intense interests in research and development on the Kinect technology. In this paper, we present, a comprehensive survey on Kinect applications, and the latest research and development on motion recognition using data captured by the Kinect sensor. On the applications front, we review the applications of the Kinect technology in a variety of areas, including healthcare, education and performing arts, robotics, sign language recognition, retail services, workplace safety training, as well as 3D reconstructions. On the technology front, we provide an overview of the main features of both versions of the Kinect sensor together with the depth sensing technologies used, and review literatures on human motion recognition techniques used in Kinect applications. We provide a classification of motion recognition techniques to highlight the different approaches used in human motion recognition. Furthermore, we compile a list of publicly available Kinect datasets. These datasets are valuable resources for researchers to investigate better methods for human motion recognition and lower-level computer vision tasks such as segmentation, object detection and human pose estimation

GCTW Alignment for isolated gesture recognition

In recent years, there has been increasing interest in developing automatic Sign Language Recognition (SLR) systems because Sign Language (SL) is the main mode of communication between deaf people all over the world. However, most people outside the deaf community do not understand SL, generating a communication problem, between both communities. Recognizing signs is a challenging problem because manual signing (not taking into account facial gestures) has four components that have to be recognized, namely, handshape, movement, location and palm orientation. Even though the appearance and meaning of basic signs are well-defined in sign language dictionaries, in practice, many variations arise due to different factors like gender, age, education or regional, social and ethnic factors which can lead to significant variations making hard to develop a robust SL recognition system. This project attempts to introduce the alignment of videos into isolated SLR, given that this approach has not been studied deeply, even though it presents a great potential for correctly recognize isolated gestures. We also aim for a user-independent recognition, which means that the system should give have a good recognition accuracy for the signers that were not represented in the data set. The main features used for the alignment are the wrists coordinates that we extracted from the videos by using OpenPose. These features will be aligned by using Generalized Canonical Time Warping. The resultant videos will be classified by making use of a 3D CNN. Our experimental results show that the proposed method has obtained a 65.02% accuracy, which places us 5th in the 2017 Chalearn LAP isolated gesture recognition challenge, only 2.69% away from the first place.Trabajo de investigació

Machine learning approaches to video activity recognition: from computer vision to signal processing

244 p.La investigación presentada se centra en técnicas de clasificación para dos tareas diferentes, aunque relacionadas, de tal forma que la segunda puede ser considerada parte de la primera: el reconocimiento de acciones humanas en vídeos y el reconocimiento de lengua de signos.En la primera parte, la hipótesis de partida es que la transformación de las señales de un vídeo mediante el algoritmo de Patrones Espaciales Comunes (CSP por sus siglas en inglés, comúnmente utilizado en sistemas de Electroencefalografía) puede dar lugar a nuevas características que serán útiles para la posterior clasificación de los vídeos mediante clasificadores supervisados. Se han realizado diferentes experimentos en varias bases de datos, incluyendo una creada durante esta investigación desde el punto de vista de un robot humanoide, con la intención de implementar el sistema de reconocimiento desarrollado para mejorar la interacción humano-robot.En la segunda parte, las técnicas desarrolladas anteriormente se han aplicado al reconocimiento de lengua de signos, pero además de ello se propone un método basado en la descomposición de los signos para realizar el reconocimiento de los mismos, añadiendo la posibilidad de una mejor explicabilidad. El objetivo final es desarrollar un tutor de lengua de signos capaz de guiar a los usuarios en el proceso de aprendizaje, dándoles a conocer los errores que cometen y el motivo de dichos errores

Computational Intelligence and Human- Computer Interaction: Modern Methods and Applications

The present book contains all of the articles that were accepted and published in the Special Issue of MDPI’s journal Mathematics titled "Computational Intelligence and Human–Computer Interaction: Modern Methods and Applications". This Special Issue covered a wide range of topics connected to the theory and application of different computational intelligence techniques to the domain of human–computer interaction, such as automatic speech recognition, speech processing and analysis, virtual reality, emotion-aware applications, digital storytelling, natural language processing, smart cars and devices, and online learning. We hope that this book will be interesting and useful for those working in various areas of artificial intelligence, human–computer interaction, and software engineering as well as for those who are interested in how these domains are connected in real-life situations

Gesture and Speech in Interaction - 4th edition (GESPIN 4)

International audienceThe fourth edition of Gesture and Speech in Interaction (GESPIN) was held in Nantes, France. With more than 40 papers, these proceedings show just what a flourishing field of enquiry gesture studies continues to be. The keynote speeches of the conference addressed three different aspects of multimodal interaction:gesture and grammar, gesture acquisition, and gesture and social interaction. In a talk entitled Qualitiesof event construal in speech and gesture: Aspect and tense, Alan Cienki presented an ongoing researchproject on narratives in French, German and Russian, a project that focuses especially on the verbal andgestural expression of grammatical tense and aspect in narratives in the three languages. Jean-MarcColletta's talk, entitled Gesture and Language Development: towards a unified theoretical framework,described the joint acquisition and development of speech and early conventional and representationalgestures. In Grammar, deixis, and multimodality between code-manifestation and code-integration or whyKendon's Continuum should be transformed into a gestural circle, Ellen Fricke proposed a revisitedgrammar of noun phrases that integrates gestures as part of the semiotic and typological codes of individuallanguages. From a pragmatic and cognitive perspective, Judith Holler explored the use ofgaze and hand gestures as means of organizing turns at talk as well as establishing common ground in apresentation entitled On the pragmatics of multi-modal face-to-face communication: Gesture, speech andgaze in the coordination of mental states and social interaction.Among the talks and posters presented at the conference, the vast majority of topics related, quitenaturally, to gesture and speech in interaction - understood both in terms of mapping of units in differentsemiotic modes and of the use of gesture and speech in social interaction. Several presentations explored the effects of impairments(such as diseases or the natural ageing process) on gesture and speech. The communicative relevance ofgesture and speech and audience-design in natural interactions, as well as in more controlled settings liketelevision debates and reports, was another topic addressed during the conference. Some participantsalso presented research on first and second language learning, while others discussed the relationshipbetween gesture and intonation. While most participants presented research on gesture and speech froman observer's perspective, be it in semiotics or pragmatics, some nevertheless focused on another importantaspect: the cognitive processes involved in language production and perception. Last but not least,participants also presented talks and posters on the computational analysis of gestures, whether involvingexternal devices (e.g. mocap, kinect) or concerning the use of specially-designed computer software forthe post-treatment of gestural data. Importantly, new links were made between semiotics and mocap data

Data and methods for a visual understanding of sign languages

Signed languages are complete and natural languages used as the first or preferred mode of communication by millions of people worldwide. However, they, unfortunately, continue to be marginalized languages. Designing, building, and evaluating models that work on sign languages presents compelling research challenges and requires interdisciplinary and collaborative efforts. The recent advances in Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI) has the power to enable better accessibility to sign language users and narrow down the existing communication barrier between the Deaf community and non-sign language users. However, recent AI-powered technologies still do not account for sign language in their pipelines. This is mainly because sign languages are visual languages, that use manual and non-manual features to convey information, and do not have a standard written form. Thus, the goal of this thesis is to contribute to the development of new technologies that account for sign language by creating large-scale multimodal resources suitable for training modern data-hungry machine learning models and developing automatic systems that focus on computer vision tasks related to sign language that aims at learning better visual understanding of sign languages. Thus, in Part I, we introduce the How2Sign dataset, which is a large-scale collection of multimodal and multiview sign language videos in American Sign Language. In Part II, we contribute to the development of technologies that account for sign languages by presenting in Chapter 4 a framework called Spot-Align, based on sign spotting methods, to automatically annotate sign instances in continuous sign language. We further present the benefits of this framework and establish a baseline for the sign language recognition task on the How2Sign dataset. In addition to that, in Chapter 5 we benefit from the different annotations and modalities of the How2Sign to explore sign language video retrieval by learning cross-modal embeddings. Later in Chapter 6, we explore sign language video generation by applying Generative Adversarial Networks to the sign language domain and assess if and how well sign language users can understand automatically generated sign language videos by proposing an evaluation protocol based on How2Sign topics and English translationLes llengües de signes són llengües completes i naturals que utilitzen milions de persones de tot el món com mode de comunicació primer o preferit. Tanmateix, malauradament, continuen essent llengües marginades. Dissenyar, construir i avaluar tecnologies que funcionin amb les llengües de signes presenta reptes de recerca que requereixen d’esforços interdisciplinaris i col·laboratius. Els avenços recents en l’aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial (IA) poden millorar l’accessibilitat tecnològica dels signants, i alhora reduir la barrera de comunicació existent entre la comunitat sorda i les persones no-signants. Tanmateix, les tecnologies més modernes en IA encara no consideren les llengües de signes en les seves interfícies amb l’usuari. Això es deu principalment a que les llengües de signes són llenguatges visuals, que utilitzen característiques manuals i no manuals per transmetre informació, i no tenen una forma escrita estàndard. Els objectius principals d’aquesta tesi són la creació de recursos multimodals a gran escala adequats per entrenar models d’aprenentatge automàtic per a llengües de signes, i desenvolupar sistemes de visió per computador adreçats a una millor comprensió automàtica de les llengües de signes. Així, a la Part I presentem la base de dades How2Sign, una gran col·lecció multimodal i multivista de vídeos de la llengua de signes nord-americana. A la Part II, contribuïm al desenvolupament de tecnologia per a llengües de signes, presentant al capítol 4 una solució per anotar signes automàticament anomenada Spot-Align, basada en mètodes de localització de signes en seqüències contínues de signes. Després, presentem els avantatges d’aquesta solució i proporcionem uns primers resultats per la tasca de reconeixement de la llengua de signes a la base de dades How2Sign. A continuació, al capítol 5 aprofitem de les anotacions i diverses modalitats de How2Sign per explorar la cerca de vídeos en llengua de signes a partir de l’entrenament d’incrustacions multimodals. Finalment, al capítol 6, explorem la generació de vídeos en llengua de signes aplicant xarxes adversàries generatives al domini de la llengua de signes. Avaluem fins a quin punt els signants poden entendre els vídeos generats automàticament, proposant un nou protocol d’avaluació basat en les categories dins de How2Sign i la traducció dels vídeos a l’anglès escritLas lenguas de signos son lenguas completas y naturales que utilizan millones de personas de todo el mundo como modo de comunicación primero o preferido. Sin embargo, desgraciadamente, siguen siendo lenguas marginadas. Diseñar, construir y evaluar tecnologías que funcionen con las lenguas de signos presenta retos de investigación que requieren esfuerzos interdisciplinares y colaborativos. Los avances recientes en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) pueden mejorar la accesibilidad tecnológica de los signantes, al tiempo que reducir la barrera de comunicación existente entre la comunidad sorda y las personas no signantes. Sin embargo, las tecnologías más modernas en IA todavía no consideran las lenguas de signos en sus interfaces con el usuario. Esto se debe principalmente a que las lenguas de signos son lenguajes visuales, que utilizan características manuales y no manuales para transmitir información, y carecen de una forma escrita estándar. Los principales objetivos de esta tesis son la creación de recursos multimodales a gran escala adecuados para entrenar modelos de aprendizaje automático para lenguas de signos, y desarrollar sistemas de visión por computador dirigidos a una mejor comprensión automática de las lenguas de signos. Así, en la Parte I presentamos la base de datos How2Sign, una gran colección multimodal y multivista de vídeos de lenguaje la lengua de signos estadounidense. En la Part II, contribuimos al desarrollo de tecnología para lenguas de signos, presentando en el capítulo 4 una solución para anotar signos automáticamente llamada Spot-Align, basada en métodos de localización de signos en secuencias continuas de signos. Después, presentamos las ventajas de esta solución y proporcionamos unos primeros resultados por la tarea de reconocimiento de la lengua de signos en la base de datos How2Sign. A continuación, en el capítulo 5 aprovechamos de las anotaciones y diversas modalidades de How2Sign para explorar la búsqueda de vídeos en lengua de signos a partir del entrenamiento de incrustaciones multimodales. Finalmente, en el capítulo 6, exploramos la generación de vídeos en lengua de signos aplicando redes adversarias generativas al dominio de la lengua de signos. Evaluamos hasta qué punto los signantes pueden entender los vídeos generados automáticamente, proponiendo un nuevo protocolo de evaluación basado en las categorías dentro de How2Sign y la traducción de los vídeos al inglés escrito.Teoria del Senyal i Comunicacion

Data and methods for a visual understanding of sign languages

Signed languages are complete and natural languages used as the first or preferred mode of communication by millions of people worldwide. However, they, unfortunately, continue to be marginalized languages. Designing, building, and evaluating models that work on sign languages presents compelling research challenges and requires interdisciplinary and collaborative efforts. The recent advances in Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI) has the power to enable better accessibility to sign language users and narrow down the existing communication barrier between the Deaf community and non-sign language users. However, recent AI-powered technologies still do not account for sign language in their pipelines. This is mainly because sign languages are visual languages, that use manual and non-manual features to convey information, and do not have a standard written form. Thus, the goal of this thesis is to contribute to the development of new technologies that account for sign language by creating large-scale multimodal resources suitable for training modern data-hungry machine learning models and developing automatic systems that focus on computer vision tasks related to sign language that aims at learning better visual understanding of sign languages. Thus, in Part I, we introduce the How2Sign dataset, which is a large-scale collection of multimodal and multiview sign language videos in American Sign Language. In Part II, we contribute to the development of technologies that account for sign languages by presenting in Chapter 4 a framework called Spot-Align, based on sign spotting methods, to automatically annotate sign instances in continuous sign language. We further present the benefits of this framework and establish a baseline for the sign language recognition task on the How2Sign dataset. In addition to that, in Chapter 5 we benefit from the different annotations and modalities of the How2Sign to explore sign language video retrieval by learning cross-modal embeddings. Later in Chapter 6, we explore sign language video generation by applying Generative Adversarial Networks to the sign language domain and assess if and how well sign language users can understand automatically generated sign language videos by proposing an evaluation protocol based on How2Sign topics and English translationLes llengües de signes són llengües completes i naturals que utilitzen milions de persones de tot el món com mode de comunicació primer o preferit. Tanmateix, malauradament, continuen essent llengües marginades. Dissenyar, construir i avaluar tecnologies que funcionin amb les llengües de signes presenta reptes de recerca que requereixen d’esforços interdisciplinaris i col·laboratius. Els avenços recents en l’aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial (IA) poden millorar l’accessibilitat tecnològica dels signants, i alhora reduir la barrera de comunicació existent entre la comunitat sorda i les persones no-signants. Tanmateix, les tecnologies més modernes en IA encara no consideren les llengües de signes en les seves interfícies amb l’usuari. Això es deu principalment a que les llengües de signes són llenguatges visuals, que utilitzen característiques manuals i no manuals per transmetre informació, i no tenen una forma escrita estàndard. Els objectius principals d’aquesta tesi són la creació de recursos multimodals a gran escala adequats per entrenar models d’aprenentatge automàtic per a llengües de signes, i desenvolupar sistemes de visió per computador adreçats a una millor comprensió automàtica de les llengües de signes. Així, a la Part I presentem la base de dades How2Sign, una gran col·lecció multimodal i multivista de vídeos de la llengua de signes nord-americana. A la Part II, contribuïm al desenvolupament de tecnologia per a llengües de signes, presentant al capítol 4 una solució per anotar signes automàticament anomenada Spot-Align, basada en mètodes de localització de signes en seqüències contínues de signes. Després, presentem els avantatges d’aquesta solució i proporcionem uns primers resultats per la tasca de reconeixement de la llengua de signes a la base de dades How2Sign. A continuació, al capítol 5 aprofitem de les anotacions i diverses modalitats de How2Sign per explorar la cerca de vídeos en llengua de signes a partir de l’entrenament d’incrustacions multimodals. Finalment, al capítol 6, explorem la generació de vídeos en llengua de signes aplicant xarxes adversàries generatives al domini de la llengua de signes. Avaluem fins a quin punt els signants poden entendre els vídeos generats automàticament, proposant un nou protocol d’avaluació basat en les categories dins de How2Sign i la traducció dels vídeos a l’anglès escritLas lenguas de signos son lenguas completas y naturales que utilizan millones de personas de todo el mundo como modo de comunicación primero o preferido. Sin embargo, desgraciadamente, siguen siendo lenguas marginadas. Diseñar, construir y evaluar tecnologías que funcionen con las lenguas de signos presenta retos de investigación que requieren esfuerzos interdisciplinares y colaborativos. Los avances recientes en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) pueden mejorar la accesibilidad tecnológica de los signantes, al tiempo que reducir la barrera de comunicación existente entre la comunidad sorda y las personas no signantes. Sin embargo, las tecnologías más modernas en IA todavía no consideran las lenguas de signos en sus interfaces con el usuario. Esto se debe principalmente a que las lenguas de signos son lenguajes visuales, que utilizan características manuales y no manuales para transmitir información, y carecen de una forma escrita estándar. Los principales objetivos de esta tesis son la creación de recursos multimodales a gran escala adecuados para entrenar modelos de aprendizaje automático para lenguas de signos, y desarrollar sistemas de visión por computador dirigidos a una mejor comprensión automática de las lenguas de signos. Así, en la Parte I presentamos la base de datos How2Sign, una gran colección multimodal y multivista de vídeos de lenguaje la lengua de signos estadounidense. En la Part II, contribuimos al desarrollo de tecnología para lenguas de signos, presentando en el capítulo 4 una solución para anotar signos automáticamente llamada Spot-Align, basada en métodos de localización de signos en secuencias continuas de signos. Después, presentamos las ventajas de esta solución y proporcionamos unos primeros resultados por la tarea de reconocimiento de la lengua de signos en la base de datos How2Sign. A continuación, en el capítulo 5 aprovechamos de las anotaciones y diversas modalidades de How2Sign para explorar la búsqueda de vídeos en lengua de signos a partir del entrenamiento de incrustaciones multimodales. Finalmente, en el capítulo 6, exploramos la generación de vídeos en lengua de signos aplicando redes adversarias generativas al dominio de la lengua de signos. Evaluamos hasta qué punto los signantes pueden entender los vídeos generados automáticamente, proponiendo un nuevo protocolo de evaluación basado en las categorías dentro de How2Sign y la traducción de los vídeos al inglés escrito.Postprint (published version

Intelligent Sensors for Human Motion Analysis

The book, "Intelligent Sensors for Human Motion Analysis," contains 17 articles published in the Special Issue of the Sensors journal. These articles deal with many aspects related to the analysis of human movement. New techniques and methods for pose estimation, gait recognition, and fall detection have been proposed and verified. Some of them will trigger further research, and some may become the backbone of commercial systems