Going Deeper into Action Recognition: A Survey

Understanding human actions in visual data is tied to advances in complementary research areas including object recognition, human dynamics, domain adaptation and semantic segmentation. Over the last decade, human action analysis evolved from earlier schemes that are often limited to controlled environments to nowadays advanced solutions that can learn from millions of videos and apply to almost all daily activities. Given the broad range of applications from video surveillance to human-computer interaction, scientific milestones in action recognition are achieved more rapidly, eventually leading to the demise of what used to be good in a short time. This motivated us to provide a comprehensive review of the notable steps taken towards recognizing human actions. To this end, we start our discussion with the pioneering methods that use handcrafted representations, and then, navigate into the realm of deep learning based approaches. We aim to remain objective throughout this survey, touching upon encouraging improvements as well as inevitable fallbacks, in the hope of raising fresh questions and motivating new research directions for the reader

Multi-View Region Adaptive Multi-temporal DMM and RGB Action Recognition

Human action recognition remains an important yet challenging task. This work proposes a novel action recognition system. It uses a novel Multiple View Region Adaptive Multi-resolution in time Depth Motion Map (MV-RAMDMM) formulation combined with appearance information. Multiple stream 3D Convolutional Neural Networks (CNNs) are trained on the different views and time resolutions of the region adaptive Depth Motion Maps. Multiple views are synthesised to enhance the view invariance. The region adaptive weights, based on localised motion, accentuate and differentiate parts of actions possessing faster motion. Dedicated 3D CNN streams for multi-time resolution appearance information (RGB) are also included. These help to identify and differentiate between small object interactions. A pre-trained 3D-CNN is used here with fine-tuning for each stream along with multiple class Support Vector Machines (SVM)s. Average score fusion is used on the output. The developed approach is capable of recognising both human action and human-object interaction. Three public domain datasets including: MSR 3D Action,Northwestern UCLA multi-view actions and MSR 3D daily activity are used to evaluate the proposed solution. The experimental results demonstrate the robustness of this approach compared with state-of-the-art algorithms.Comment: 14 pages, 6 figures, 13 tables. Submitte

Radar and RGB-depth sensors for fall detection: a review

This paper reviews recent works in the literature on the use of systems based on radar and RGB-Depth (RGB-D) sensors for fall detection, and discusses outstanding research challenges and trends related to this research field. Systems to detect reliably fall events and promptly alert carers and first responders have gained significant interest in the past few years in order to address the societal issue of an increasing number of elderly people living alone, with the associated risk of them falling and the consequences in terms of health treatments, reduced well-being, and costs. The interest in radar and RGB-D sensors is related to their capability to enable contactless and non-intrusive monitoring, which is an advantage for practical deployment and users’ acceptance and compliance, compared with other sensor technologies, such as video-cameras, or wearables. Furthermore, the possibility of combining and fusing information from The heterogeneous types of sensors is expected to improve the overall performance of practical fall detection systems. Researchers from different fields can benefit from multidisciplinary knowledge and awareness of the latest developments in radar and RGB-D sensors that this paper is discussing

Trajectory-based Human Action Recognition

Human activity recognition has been a hot topic for some time. It has several challenges, which makes this task hard and exciting for research. The sparse representation became more popular during the past decade or so. Sparse representation methods represent a video by a set of independent features. The features used in the literature are usually lowlevel features. Trajectories, as middle-level features, capture the motion of the scene, which is discriminant in most cases. Trajectories have also been proven useful for aligning small neighborhoods, before calculating the traditional descriptors. In fact, the trajectory aligned descriptors show better discriminant power than the trajectory shape descriptors proposed in the literature. However, trajectories have not been investigated thoroughly, and their full potential has not been put to the test before this work. This thesis examines trajectories, defined better trajectory shape descriptors and finally it augmented trajectories with disparity information. This thesis formally define three different trajectory extraction methods, namely interest point trajectories (IP), Lucas-Kanade based trajectories (LK), and Farnback optical flow based trajectories (FB). Their discriminant power for human activity recognition task is evaluated. Our tests reveal that LK and FB can produce similar reliable results, although the FB perform a little better in particular scenarios. These experiments demonstrate which method is suitable for the future tests. The thesis also proposes a better trajectory shape descriptor, which is a superset of existing descriptors in the literature. The examination reveals the superior discriminant power of this newly introduced descriptor. Finally, the thesis proposes a method to augment the trajectories with disparity information. Disparity information is relatively easy to extract from a stereo image, and they can capture the 3D structure of the scene. This is the first time that the disparity information fused with trajectories for human activity recognition. To test these ideas, a dataset of 27 activities performed by eleven actors is recorded and hand labelled. The tests demonstrate the discriminant power of trajectories. Namely, the proposed disparity-augmented trajectories improve the discriminant power of traditional dense trajectories by about 3.11%

A robust and efficient video representation for action recognition

This paper introduces a state-of-the-art video representation and applies it to efficient action recognition and detection. We first propose to improve the popular dense trajectory features by explicit camera motion estimation. More specifically, we extract feature point matches between frames using SURF descriptors and dense optical flow. The matches are used to estimate a homography with RANSAC. To improve the robustness of homography estimation, a human detector is employed to remove outlier matches from the human body as human motion is not constrained by the camera. Trajectories consistent with the homography are considered as due to camera motion, and thus removed. We also use the homography to cancel out camera motion from the optical flow. This results in significant improvement on motion-based HOF and MBH descriptors. We further explore the recent Fisher vector as an alternative feature encoding approach to the standard bag-of-words histogram, and consider different ways to include spatial layout information in these encodings. We present a large and varied set of evaluations, considering (i) classification of short basic actions on six datasets, (ii) localization of such actions in feature-length movies, and (iii) large-scale recognition of complex events. We find that our improved trajectory features significantly outperform previous dense trajectories, and that Fisher vectors are superior to bag-of-words encodings for video recognition tasks. In all three tasks, we show substantial improvements over the state-of-the-art results

Unsupervised object candidate discovery for activity recognition

Die automatische Interpretation menschlicher Bewegungsabläufe auf Basis von Videos ist ein wichtiger Bestandteil vieler Anwendungen im Bereich des Maschinellen Sehens, wie zum Beispiel Mensch-Roboter Interaktion, Videoüberwachung, und inhaltsbasierte Analyse von Multimedia Daten. Anders als die meisten Ansätze auf diesem Gebiet, die hauptsächlich auf die Klassifikation von einfachen Aktionen, wie Aufstehen, oder Gehen ausgerichtet sind, liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Erkennung menschlicher Aktivitäten, d.h. komplexer Aktionssequenzen, die meist Interaktionen des Menschen mit Objekten beinhalten. Gemäß der Aktionsidentifikationstheorie leiten menschliche Aktivitäten ihre Bedeutung nicht nur von den involvierten Bewegungsmustern ab, sondern vor allem vom generellen Kontext, in dem sie stattfinden. Zu diesen kontextuellen Informationen gehören unter anderem die Gesamtheit aller vorher furchgeführter Aktionen, der Ort an dem sich die aktive Person befindet, sowie die Menge der Objekte, die von ihr manipuliert werden. Es ist zum Beispiel nicht möglich auf alleiniger Basis von Bewegungsmustern und ohne jeglicher Miteinbeziehung von Objektwissen zu entschieden ob eine Person, die ihre Hand zum Mund führt gerade etwas isst oder trinkt, raucht, oder bloß die Lippen abwischt. Die meisten Arbeiten auf dem Gebiet der computergestützten Aktons- und Aktivitätserkennung ignorieren allerdings jegliche durch den Kontext bedingte Informationen und beschränken sich auf die Identifikation menschlicher Aktivitäten auf Basis der beobachteten Bewegung. Wird jedoch Objektwissen für die Klassifikation miteinbezogen, so geschieht dies meist unter Zuhilfenahme von überwachten Detektoren, für deren Einrichtung widerum eine erhebliche Menge an Trainingsdaten erforderlich ist. Bedingt durch die hohen zeitlichen Kosten, die die Annotation dieser Trainingsdaten mit sich bringt, wird das Erweitern solcher Systeme, zum Beispiel durch das Hinzufügen neuer Typen von Aktionen, zum eigentlichen Flaschenhals. Ein weiterer Nachteil des Hinzuziehens von überwacht trainierten Objektdetektoren, ist deren Fehleranfälligkeit, selbst wenn die verwendeten Algorithmen dem neuesten Stand der Technik entsprechen. Basierend auf dieser Beobachtung ist das Ziel dieser Arbeit die Leistungsfähigkeit computergestützter Aktivitätserkennung zu verbessern mit Hilfe der Hinzunahme von Objektwissen, welches im Gegensatz zu den bisherigen Ansätzen ohne überwachten Trainings gewonnen werden kann. Wir Menschen haben die bemerkenswerte Fähigkeit selektiv die Aufmerksamkeit auf bestimmte Regionen im Blickfeld zu fokussieren und gleichzeitig nicht relevante Regionen auszublenden. Dieser kognitive Prozess erlaubt es uns unsere beschränkten Bewusstseinsressourcen unbewusst auf Inhalte zu richten, die anschließend durch das Gehirn ausgewertet werden. Zum Beispiel zur Interpretation visueller Muster als Objekte eines bestimmten Typs. Die Regionen im Blickfeld, die unsere Aufmerksamkeit unbewusst anziehen werden als Proto-Objekte bezeichnet. Sie sind definiert als unbestimmte Teile des visuellen Informationsspektrums, die zu einem späteren Zeitpunkt durch den Menschen als tatsächliche Objekte wahrgenommen werden können, wenn er seine Aufmerksamkeit auf diese richtet. Einfacher ausgedrückt: Proto-Objekte sind Kandidaten für Objekte, oder deren Bestandteile, die zwar lokalisiert aber noch nicht identifiziert wurden. Angeregt durch die menschliche Fähigkeit solche visuell hervorstechenden (salienten) Regionen zuverlässig vom Hintergrund zu unterscheiden, haben viele Wissenschaftler Methoden entwickelt, die es erlauben Proto-Objekte zu lokalisieren. Allen diesen Algorithmen ist gemein, dass möglichst wenig statistisches Wissens über tatsächliche Objekte vorausgesetzt wird. Visuelle Aufmerksamkeit und Objekterkennung sind sehr eng miteinander vernküpfte Prozesse im visuellen System des Menschen. Aus diesem Grund herrscht auf dem Gebiet des Maschinellen Sehens ein reges Interesse an der Integration beider Konzepte zur Erhöhung der Leistung aktueller Bilderkennungssysteme. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Methoden gehen in eine ähnliche Richtung: wir demonstrieren, dass die Lokalisation von Proto-Objekten es erlaubt Objektkandidaten zu finden, die geeignet sind als zusätzliche Modalität zu dienen für die bewegungsbasierte Erkennung menschlicher Aktivitäten. Die Grundlage dieser Arbeit bildet dabei ein sehr effizienter Algorithmus, der die visuelle Salienz mit Hilfe von quaternionenbasierten DCT Bildsignaturen approximiert. Zur Extraktion einer Menge geeigneter Objektkandidaten (d.h. Proto-Objekten) aus den resultierenden Salienzkarten, haben wir eine Methode entwickelt, die den kognitiven Mechanismus des Inhibition of Return implementiert. Die auf diese Weise gewonnenen Objektkandidaten nutzen wir anschliessend in Kombination mit state-of-the-art Bag-of-Words Methoden zur Merkmalsbeschreibung von Bewegungsmustern um komplexe Aktivitäten des täglichen Lebens zu klassifizieren. Wir evaluieren das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte System auf diversen häufig genutzten Benchmark-Datensätzen und zeigen experimentell, dass das Miteinbeziehen von Proto-Objekten für die Aktivitätserkennung zu einer erheblichen Leistungssteigerung führt im Vergleich zu rein bewegungsbasierten Ansätzen. Zudem demonstrieren wir, dass das vorgestellte System bei der Erkennung menschlicher Aktivitäten deutlich weniger Fehler macht als eine Vielzahl von Methoden, die dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. Überraschenderweise übertrifft unser System leistungsmäßig sogar Verfahren, die auf Objektwissen aufbauen, welches von überwacht trainierten Detektoren, oder manuell erstellten Annotationen stammt. Benchmark-Datensätze sind ein sehr wichtiges Mittel zum quantitativen Vergleich von computergestützten Mustererkennungsverfahren. Nach einer Überprüfung aller öffentlich verfügbaren, relevanten Benchmarks, haben wir jedoch festgestellt, dass keiner davon geeignet war für eine detaillierte Evaluation von Methoden zur Erkennung komplexer, menschlicher Aktivitäten. Aus diesem Grund bestand ein Teil dieser Arbeit aus der Konzeption und Aufnahme eines solchen Datensatzes, des KIT Robo-kitchen Benchmarks. Wie der Name vermuten lässt haben wir uns dabei für ein Küchenszenario entschieden, da es ermöglicht einen großen Umfang an Aktivitäten des täglichen Lebens einzufangen, von denen viele Objektmanipulationen enthalten. Um eine möglichst umfangreiche Menge natürlicher Bewegungen zu erhalten, wurden die Teilnehmer während der Aufnahmen kaum eingeschränkt in der Art und Weise wie die diversen Aktivitäten auszuführen sind. Zu diesem Zweck haben wir den Probanden nur die Art der auszuführenden Aktivität mitgeteilt, sowie wo die benötigten Gegenstände zu finden sind, und ob die jeweilige Tätigkeit am Küchentisch oder auf der Arbeitsplatte auszuführen ist. Dies hebt KIT Robo-kitchen deutlich hervor gegenüber den meisten existierenden Datensätzen, die sehr unrealistisch gespielte Aktivitäten enthalten, welche unter Laborbedingungen aufgenommen wurden. Seit seiner Veröffentlichung wurde der resultierende Benchmark mehrfach verwendet zur Evaluation von Algorithmen, die darauf abzielen lang andauerne, realistische, komplexe, und quasi-periodische menschliche Aktivitäten zu erkennen