Real-time action recognition using a multilayer descriptor with variable size

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Video analysis technology has become less expensive and more powerful in terms of storage resources and resolution capacity, promoting progress in a wide range of applications. Video-based human action detection has been used for several tasks in surveillance environments, such as forensic investigation, patient monitoring, medical training, accident prevention, and traffic monitoring, among others. We present a method for action identification based on adaptive training of a multilayer descriptor applied to a single classifier. Cumulative motion shapes (CMSs) are extracted according to the number of frames present in the video. Each CMS is employed as a self-sufficient layer in the training stage but belongs to the same descriptor. A robust classification is achieved through individual responses of classifiers for each layer, and the dominant result is used as a final outcome. Experiments are conducted on five public datasets (Weizmann, KTH, MuHAVi, IXMAS, and URADL) to demonstrate the effectiveness of the method in terms of accuracy in real time. (C) 2016 SPIE and IS&TVideo analysis technology has become less expensive and more powerful in terms of storage resources and resolution capacity, promoting progress in a wide range of applications. Video-based human action detection has been used for several tasks in surveill2501FAPESP - FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULOCNPQ - CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICOFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)SEM INFORMAÇÃOSEM INFORMAÇÃ

Reconhecimento de ações em vídeos baseado na fusão de representações de ritmos visuais

Orientadores: Hélio Pedrini, David Menotti GomesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Avanços nas tecnologias de captura e armazenamento de vídeos têm promovido uma grande demanda pelo reconhecimento automático de ações. O uso de câmeras para propó- sitos de segurança e vigilância tem aplicações em vários cenários, tais coomo aeroportos, parques, bancos, estações, estradas, hospitais, supermercados, indústrias, estádios, escolas. Uma dificuldade inerente ao problema é a complexidade da cena sob condições habituais de gravação, podendo conter fundo complexo e com movimento, múltiplas pes- soas na cena, interações com outros atores ou objetos e movimentos de câmera. Bases de dados mais recentes são construídas principalmente com gravações compartilhadas no YouTube e com trechos de filmes, situações em que não se restringem esses obstáculos. Outra dificuldade é o impacto da dimensão temporal, pois ela infla o tamanho dos da- dos, aumentando o custo computacional e o espaço de armazenamento. Neste trabalho, apresentamos uma metodologia de descrição de volumes utilizando a representação de Ritmos Visuais (VR). Esta técnica remodela o volume original do vídeo em uma imagem, em que se computam descritores bidimensionais. Investigamos diferentes estratégias para construção do ritmo visual, combinando configurações em diversos domínios de imagem e direções de varredura dos quadros. A partir disso, propomos dois métodos de extração de características originais, denominados Naïve Visual Rhythm (Naïve VR) e Visual Rhythm Trajectory Descriptor (VRTD). A primeira abordagem é a aplicação direta da técnica no volume de vídeo original, formando um descritor holístico que considera os eventos da ação como padrões e formatos na imagem de ritmo visual. A segunda variação foca na análise de pequenas vizinhanças obtidas a partir do processo das trajetórias densas, que permite que o algoritmo capture detalhes despercebidos pela descrição global. Testamos a nossa proposta em oito bases de dados públicas, sendo uma de gestos (SKIG), duas em primeira pessoa (DogCentric e JPL), e cinco em terceira pessoa (Weizmann, KTH, MuHAVi, UCF11 e HMDB51). Os resultados mostram que a técnica empregada é capaz de extrair elementos de movimento juntamente com informações de formato e de aparência, obtendo taxas de acurácia competitivas comparadas com o estado da arteAbstract: Advances in video acquisition and storage technologies have promoted a great demand for automatic recognition of actions. The use of cameras for security and surveillance purposes has applications in several scenarios, such as airports, parks, banks, stations, roads, hospitals, supermarkets, industries, stadiums, schools. An inherent difficulty of the problem is the complexity of the scene under usual recording conditions, which may contain complex background and motion, multiple people on the scene, interactions with other actors or objects, and camera motion. Most recent databases are built primarily with shared recordings on YouTube and with snippets of movies, situations where these obstacles are not restricted. Another difficulty is the impact of the temporal dimension since it expands the size of the data, increasing computational cost and storage space. In this work, we present a methodology of volume description using the Visual Rhythm (VR) representation. This technique reshapes the original volume of the video into an image, where two-dimensional descriptors are computed. We investigated different strategies for constructing the representation by combining configurations in several image domains and traversing directions of the video frames. From this, we propose two feature extraction methods, Naïve Visual Rhythm (Naïve VR) and Visual Rhythm Trajectory Descriptor (VRTD). The first approach is the straightforward application of the technique in the original video volume, forming a holistic descriptor that considers action events as patterns and formats in the visual rhythm image. The second variation focuses on the analysis of small neighborhoods obtained from the process of dense trajectories, which allows the algorithm to capture details unnoticed by the global description. We tested our methods in eight public databases, one of hand gestures (SKIG), two in first person (DogCentric and JPL), and five in third person (Weizmann, KTH, MuHAVi, UCF11 and HMDB51). The results show that the developed techniques are able to extract motion elements along with format and appearance information, achieving competitive accuracy rates compared to state-of-the-art action recognition approachesDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação2015/03156-7FAPES

CENTRIST3D : um descritor espaço-temporal para detecção de anomalias em vídeos de multidões

Orientador: Hélio PedriniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O campo de estudo da detecção de anomalias em multidões possui uma vasta gama de aplicações, podendo-se destacar o monitoramento e vigilância de áreas de interesse, tais como aeroportos, bancos, parques, estádios e estações de trens, como uma das mais importantes. Em geral, sistemas de vigilância requerem prossionais qualicados para assistir longas gravações à procura de alguma anomalia, o que demanda alta concentração e dedicação. Essa abordagem tende a ser ineciente, pois os seres humanos estão sujeitos a falhas sob condições de fadiga e repetição devido aos seus próprios limites quanto à capacidade de observação e seu desempenho está diretamente ligado a fatores físicos e psicológicos, os quais podem impactar negativamente na qualidade de reconhecimento. Multidões tendem a se comportar de maneira complexa, possivelmente mudando de orientação e velocidade rapidamente, bem como devido à oclusão parcial ou total. Consequentemente, técnicas baseadas em rastreamento de pedestres ou que dependam de segmentação de fundo geralmente apresentam maiores taxas de erros. O conceito de anomalia é subjetivo e está sujeito a diferentes interpretações, dependendo do contexto da aplicação. Neste trabalho, duas contribuições são apresentadas. Inicialmente, avaliamos a ecácia do descritor CENsus TRansform hISTogram (CENTRIST), originalmente utilizado para categorização de cenas, no contexto de detecção de anomalias em multidões. Em seguida, propusemos o CENTRIST3D, uma versão modicada do CENTRIST que se utiliza de informações espaço-temporais para melhorar a discriminação dos eventos anômalos. Nosso método cria histogramas de características espaço-temporais de quadros de vídeos sucessivos, os quais foram divididos hierarquicamente utilizando um algoritmo modicado da correspondência em pirâmide espacial. Os resultados foram validados em três bases de dados públicas: University of California San Diego (UCSD) Anomaly Detection Dataset, Violent Flows Dataset e University of Minesota (UMN) Dataset. Comparado com outros trabalhos da literatura, CENTRIST3D obteve resultados satisfatórios nas bases Violent Flows e UMN, mas um desempenho abaixo do esperado na base UCSD, indicando que nosso método é mais adequado para cenas com mudanças abruptas em movimento e textura. Por m, mostramos que há evidências de que o CENTRIST3D é um descritor eciente de ser computado, sendo facilmente paralelizável e obtendo uma taxa de quadros por segundo suciente para ser utilizado em aplicações de tempo realAbstract: Crowd abnormality detection is a eld of study with a wide range of applications, where surveillance of interest areas, such as airports, banks, parks, stadiums and subways, is one of the most important purposes. In general, surveillance systems require well-trained personnel to watch video footages in order to search for abnormal events. Moreover, they usually are dependent on human operators, who are susceptible to failure under stressful and repetitive conditions. This tends to be an ineective approach since humans have their own natural limits of observation and their performance is tightly related to their physical and mental state, which might aect the quality of surveillance. Crowds tend to be complex, subject to subtle changes in motion and to partial or total occlusion. Consequently, approaches based on individual pedestrian tracking and background segmentation may suer in quality due to the aforementioned problems. Anomaly itself is a subjective concept, since it depends on the context of the application. Two main contributions are presented in this work. We rst evaluate the eectiveness of the CENsus TRansform hISTogram (CENTRIST) descriptor, initially designed for scene categorization, in crowd abnormality detection. Then, we propose the CENTRIST3D descriptor, a spatio-temporal variation of CENTRIST. Our method creates a histogram of spatiotemporal features from successive frames by extracting histograms of Volumetric Census Transform from a spatial representation using a modied Spatial Pyramid Matching algorithm. Additionally, we test both descriptors in three public data collections: UCSD Anomaly Detection Dataset, Violent Flows Dataset, and UMN Datasets. Compared to other works of the literature, CENTRIST3D achieved satisfactory accuracy rates on both Violent Flows and UMN Datasets, but poor performance on the UCSD Dataset, indicating that our method is more suitable to scenes with fast changes in motion and texture. Finally, we provide evidence that CENTRIST3D is an ecient descriptor to be computed, since it requires little computational time, is easily parallelizable and achieves suitable frame-per-second rates to be used in real-time applicationsMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação1406874159166/2015-2CAPESCNP

Real-time Action Recognition Using A Multilayer Descriptor With Variable Size

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Video analysis technology has become less expensive and more powerful in terms of storage resources and resolution capacity, promoting progress in a wide range of applications. Video-based human action detection has been used for several tasks in surveillance environments, such as forensic investigation, patient monitoring, medical training, accident prevention, and traffic monitoring, among others. We present a method for action identification based on adaptive training of a multilayer descriptor applied to a single classifier. Cumulative motion shapes (CMSs) are extracted according to the number of frames present in the video. Each CMS is employed as a self-sufficient layer in the training stage but belongs to the same descriptor. A robust classification is achieved through individual responses of classifiers for each layer, and the dominant result is used as a final outcome. Experiments are conducted on five public datasets (Weizmann, KTH, MuHAVi, IXMAS, and URADL) to demonstrate the effectiveness of the method in terms of accuracy in real time. (C) 2016 SPIE and IS&T25FAPESPCNPqFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq