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

Zero-Annotation Object Detection with Web Knowledge Transfer

Object detection is one of the major problems in computer vision, and has been extensively studied. Most of the existing detection works rely on labor-intensive supervision, such as ground truth bounding boxes of objects or at least image-level annotations. On the contrary, we propose an object detection method that does not require any form of human annotation on target tasks, by exploiting freely available web images. In order to facilitate effective knowledge transfer from web images, we introduce a multi-instance multi-label domain adaption learning framework with two key innovations. First of all, we propose an instance-level adversarial domain adaptation network with attention on foreground objects to transfer the object appearances from web domain to target domain. Second, to preserve the class-specific semantic structure of transferred object features, we propose a simultaneous transfer mechanism to transfer the supervision across domains through pseudo strong label generation. With our end-to-end framework that simultaneously learns a weakly supervised detector and transfers knowledge across domains, we achieved significant improvements over baseline methods on the benchmark datasets.Comment: Accepted in ECCV 201

SNE-RoadSeg: Incorporating Surface Normal Information into Semantic Segmentation for Accurate Freespace Detection

Freespace detection is an essential component of visual perception for self-driving cars. The recent efforts made in data-fusion convolutional neural networks (CNNs) have significantly improved semantic driving scene segmentation. Freespace can be hypothesized as a ground plane, on which the points have similar surface normals. Hence, in this paper, we first introduce a novel module, named surface normal estimator (SNE), which can infer surface normal information from dense depth/disparity images with high accuracy and efficiency. Furthermore, we propose a data-fusion CNN architecture, referred to as RoadSeg, which can extract and fuse features from both RGB images and the inferred surface normal information for accurate freespace detection. For research purposes, we publish a large-scale synthetic freespace detection dataset, named Ready-to-Drive (R2D) road dataset, collected under different illumination and weather conditions. The experimental results demonstrate that our proposed SNE module can benefit all the state-of-the-art CNNs for freespace detection, and our SNE-RoadSeg achieves the best overall performance among different datasets.Comment: ECCV 202

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

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

Looking Ahead: Anticipating Pedestrians Crossing with Future Frames Prediction

In this paper, we present an end-to-end future-prediction model that focuses on pedestrian safety. Specifically, our model uses previous video frames, recorded from the perspective of the vehicle, to predict if a pedestrian will cross in front of the vehicle. The long term goal of this work is to design a fully autonomous system that acts and reacts as a defensive human driver would --- predicting future events and reacting to mitigate risk. We focus on pedestrian-vehicle interactions because of the high risk of harm to the pedestrian if their actions are miss-predicted. Our end-to-end model consists of two stages: the first stage is an encoder/decoder network that learns to predict future video frames. The second stage is a deep spatio-temporal network that utilizes the predicted frames of the first stage to predict the pedestrian's future action. Our system achieves state-of-the-art accuracy on pedestrian behavior prediction and future frames prediction on the Joint Attention for Autonomous Driving (JAAD) dataset