Unsupervised Human Action Detection by Action Matching

We propose a new task of unsupervised action detection by action matching. Given two long videos, the objective is to temporally detect all pairs of matching video segments. A pair of video segments are matched if they share the same human action. The task is category independent---it does not matter what action is being performed---and no supervision is used to discover such video segments. Unsupervised action detection by action matching allows us to align videos in a meaningful manner. As such, it can be used to discover new action categories or as an action proposal technique within, say, an action detection pipeline. Moreover, it is a useful pre-processing step for generating video highlights, e.g., from sports videos. We present an effective and efficient method for unsupervised action detection. We use an unsupervised temporal encoding method and exploit the temporal consistency in human actions to obtain candidate action segments. We evaluate our method on this challenging task using three activity recognition benchmarks, namely, the MPII Cooking activities dataset, the THUMOS15 action detection benchmark and a new dataset called the IKEA dataset. On the MPII Cooking dataset we detect action segments with a precision of 21.6% and recall of 11.7% over 946 long video pairs and over 5000 ground truth action segments. Similarly, on THUMOS dataset we obtain 18.4% precision and 25.1% recall over 5094 ground truth action segment pairs.Comment: IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition CVPR 2017 Workshop

Strategies for Searching Video Content with Text Queries or Video Examples

The large number of user-generated videos uploaded on to the Internet everyday has led to many commercial video search engines, which mainly rely on text metadata for search. However, metadata is often lacking for user-generated videos, thus these videos are unsearchable by current search engines. Therefore, content-based video retrieval (CBVR) tackles this metadata-scarcity problem by directly analyzing the visual and audio streams of each video. CBVR encompasses multiple research topics, including low-level feature design, feature fusion, semantic detector training and video search/reranking. We present novel strategies in these topics to enhance CBVR in both accuracy and speed under different query inputs, including pure textual queries and query by video examples. Our proposed strategies have been incorporated into our submission for the TRECVID 2014 Multimedia Event Detection evaluation, where our system outperformed other submissions in both text queries and video example queries, thus demonstrating the effectiveness of our proposed approaches

Im2Flow: Motion Hallucination from Static Images for Action Recognition

Existing methods to recognize actions in static images take the images at their face value, learning the appearances---objects, scenes, and body poses---that distinguish each action class. However, such models are deprived of the rich dynamic structure and motions that also define human activity. We propose an approach that hallucinates the unobserved future motion implied by a single snapshot to help static-image action recognition. The key idea is to learn a prior over short-term dynamics from thousands of unlabeled videos, infer the anticipated optical flow on novel static images, and then train discriminative models that exploit both streams of information. Our main contributions are twofold. First, we devise an encoder-decoder convolutional neural network and a novel optical flow encoding that can translate a static image into an accurate flow map. Second, we show the power of hallucinated flow for recognition, successfully transferring the learned motion into a standard two-stream network for activity recognition. On seven datasets, we demonstrate the power of the approach. It not only achieves state-of-the-art accuracy for dense optical flow prediction, but also consistently enhances recognition of actions and dynamic scenes.Comment: Published in CVPR 2018, project page: http://vision.cs.utexas.edu/projects/im2flow

Presentation Attack Detection in Facial Biometric Authentication

Biometric systems are referred to those structures that enable recognizing an individual, or specifically a characteristic, using biometric data and mathematical algorithms. These are known to be widely employed in various organizations and companies, mostly as authentication systems. Biometric authentic systems are usually much more secure than a classic one, however they also have some loopholes. Presentation attacks indicate those attacks which spoof the biometric systems or sensors. The presentation attacks covered in this project are: photo attacks and deepfake attacks. In the case of photo attacks, it is observed that interactive action check like Eye Blinking proves efficient in detecting liveness. The Convolutional Neural Network (CNN) model trained on the dataset gave 95% accuracy. In the case of deepfake attacks, it is found out that the deepfake videos and photos are generated by complex Generative Adversarial Networks (GANs) and are difficult for human eye to figure out. However, through experiments, it was observed that comprehensive analysis on the frequency domain divulges a lot of vulnerabilities in the GAN generated images. This makes it easier to separate these fake face images from real live faces. The project documents that with frequency analysis, simple linear models as well as complex models give high accuracy results. The models are trained on StyleGAN generated fake images, Flickr-Faces-HQ Dataset and Reface app generated video dataset. Logistic Regression turns out to be the best classifier with test accuracies of 99.67% and 97.96% on two different datasets. Future research can be conducted on different types of presentation attacks like using video, 3-D rendered face mask or advanced GAN generated deepfakes

Sympathy for the Details: Dense Trajectories and Hybrid Classification Architectures for Action Recognition

Action recognition in videos is a challenging task due to the complexity of the spatio-temporal patterns to model and the difficulty to acquire and learn on large quantities of video data. Deep learning, although a breakthrough for Image classification and showing promise for videos, has still not clearly superseded action recognition methods using hand-crafted features, even when training on massive datasets. In this paper, we introduce hybrid video classification architectures based on carefully designed unsupervised representations of hand-crafted spatio-temporal features classified by supervised deep networks. As we show in our experiments on five popular benchmarks for action recognition, our hybrid model combines the best of both worlds: it is data efficient (trained on 150 to 10000 short clips) and yet improves significantly on the state of the art, including recent deep models trained on millions of manually labelled images and videos

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

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