Towards accurate multi-person pose estimation in the wild

In this thesis we are concerned with the problem of articulated human pose estimation and pose tracking in images and video sequences. Human pose estimation is a task of localising major joints of a human skeleton in natural images and is one of the most important visual recognition tasks in the scenes containing humans with numerous applications in robotics, virtual and augmented reality, gaming and healthcare among others. Articulated human pose tracking requires tracking multiple persons in the video sequence while simultaneously estimating full body poses. This task is important for analysing surveillance footage, activity recognition, sports analytics, etc. Most of the prior work focused on the pose estimation of single pre-localised humans whereas here we address a case with multiple people in real world images which entails several challenges such as person-person overlaps in highly crowded scenes, unknown number of people or people entering and leaving video sequences. The first contribution is a multi-person pose estimation algorithm based on the bottom-up detection-by-grouping paradigm. Unlike the widespread top-down approaches our method detects body joints and pairwise relations between them in a single forward pass of a convolutional neural network. Multi-person parsing is performed by optimizing a joint objective based on a multicut graph partitioning framework. Secondly, we extend our pose estimation approach to articulated multi-person pose tracking in videos. Our approach performs multi-target tracking and pose estimation in a holistic manner by optimising a single objective. We further simplify and refine the formulation which allows us to reach close to the real-time performance. Thirdly, we propose a large scale dataset and a benchmark for articulated multi-person tracking. It is the first dataset of video sequences comprising complex multi-person scenes and fully annotated tracks with 2D keypoints. Our fourth contribution is a method for estimating 3D body pose using on-body wearable cameras. Our approach uses a pair of downward facing, head-mounted cameras and captures an entire body. This egocentric approach is free of limitations of traditional setups with external cameras and can estimate body poses in very crowded environments. Our final contribution goes beyond human pose estimation and is in the field of deep learning of 3D object shapes. In particular, we address the case of reconstructing 3D objects from weak supervision. Our approach represents objects as 3D point clouds and is able to learn them with 2D supervision only and without requiring camera pose information at training time. We design a differentiable renderer of point clouds as well as a novel loss formulation for dealing with camera pose ambiguity.In dieser Arbeit behandeln wir das Problem der Schätzung und Verfolgung artikulierter menschlicher Posen in Bildern und Video-Sequenzen. Die Schätzung menschlicher Posen besteht darin die Hauptgelenke des menschlichen Skeletts in natürlichen Bildern zu lokalisieren und ist eine der wichtigsten Aufgaben der visuellen Erkennung in Szenen, die Menschen beinhalten. Sie hat zahlreiche Anwendungen in der Robotik, virtueller und erweiterter Realität, in Videospielen, in der Medizin und weiteren Bereichen. Die Verfolgung artikulierter menschlicher Posen erfordert die Verfolgung mehrerer Personen in einer Videosequenz bei gleichzeitiger Schätzung vollständiger Körperhaltungen. Diese Aufgabe ist besonders wichtig für die Analyse von Video-Überwachungsaufnahmen, Aktivitätenerkennung, digitale Sportanalyse etc. Die meisten vorherigen Arbeiten sind auf die Schätzung einzelner Posen vorlokalisierter Menschen fokussiert, wohingegen wir den Fall mehrerer Personen in natürlichen Aufnahmen betrachten. Dies bringt einige Herausforderungen mit sich, wie die Überlappung verschiedener Personen in dicht gedrängten Szenen, eine unbekannte Anzahl an Personen oder Personen die das Sichtfeld der Video-Sequenz verlassen oder betreten. Der erste Beitrag ist ein Algorithmus zur Schätzung der Posen mehrerer Personen, welcher auf dem Paradigma der Erkennung durch Gruppierung aufbaut. Im Gegensatz zu den verbreiteten Verfeinerungs-Ansätzen erkennt unsere Methode Körpergelenke and paarweise Beziehungen zwischen ihnen in einer einzelnen Vorwärtsrechnung eines faltenden neuronalen Netzwerkes. Die Gliederung in mehrere Personen erfolgt durch Optimierung einer gemeinsamen Zielfunktion, die auf dem Mehrfachschnitt-Problem in der Graphenzerlegung basiert. Zweitens erweitern wir unseren Ansatz zur Posen-Bestimmung auf das Verfolgen mehrerer Personen und deren Artikulation in Videos. Unser Ansatz führt eine Verfolgung mehrerer Ziele und die Schätzung der zugehörigen Posen in ganzheitlicher Weise durch, indem eine einzelne Zielfunktion optimiert wird. Desweiteren vereinfachen und verfeinern wir die Formulierung, was unsere Methode nah an Echtzeit-Leistung bringt. Drittens schlagen wir einen großen Datensatz und einen Bewertungsmaßstab für die Verfolgung mehrerer artikulierter Personen vor. Dies ist der erste Datensatz der Video-Sequenzen von komplexen Szenen mit mehreren Personen beinhaltet und deren Spuren komplett mit zwei-dimensionalen Markierungen der Schlüsselpunkte versehen sind. Unser vierter Beitrag ist eine Methode zur Schätzung von drei-dimensionalen Körperhaltungen mittels am Körper tragbarer Kameras. Unser Ansatz verwendet ein Paar nach unten gerichteter, am Kopf befestigter Kameras und erfasst den gesamten Körper. Dieser egozentrische Ansatz ist frei von jeglichen Limitierungen traditioneller Konfigurationen mit externen Kameras und kann Körperhaltungen in sehr dicht gedrängten Umgebungen bestimmen. Unser letzter Beitrag geht über die Schätzung menschlicher Posen hinaus in den Bereich des tiefen Lernens der Gestalt von drei-dimensionalen Objekten. Insbesondere befassen wir uns mit dem Fall drei-dimensionale Objekte unter schwacher Überwachung zu rekonstruieren. Unser Ansatz repräsentiert Objekte als drei-dimensionale Punktwolken and ist im Stande diese nur mittels zwei-dimensionaler Überwachung und ohne Informationen über die Kamera-Ausrichtung zur Trainingszeit zu lernen. Wir entwerfen einen differenzierbaren Renderer für Punktwolken sowie eine neue Formulierung um mit uneindeutigen Kamera-Ausrichtungen umzugehen

DeeperCut: A Deeper, Stronger, and Faster Multi-Person Pose Estimation Model

The goal of this paper is to advance the state-of-the-art of articulated pose estimation in scenes with multiple people. To that end we contribute on three fronts. We propose (1) improved body part detectors that generate effective bottom-up proposals for body parts; (2) novel image-conditioned pairwise terms that allow to assemble the proposals into a variable number of consistent body part configurations; and (3) an incremental optimization strategy that explores the search space more efficiently thus leading both to better performance and significant speed-up factors. Evaluation is done on two single-person and two multi-person pose estimation benchmarks. The proposed approach significantly outperforms best known multi-person pose estimation results while demonstrating competitive performance on the task of single person pose estimation. Models and code available at http://pose.mpi-inf.mpg.deComment: ECCV'16. High-res version at https://www.d2.mpi-inf.mpg.de/sites/default/files/insafutdinov16arxiv.pd

PoseTrack: A Benchmark for Human Pose Estimation and Tracking

Human poses and motions are important cues for analysis of videos with people and there is strong evidence that representations based on body pose are highly effective for a variety of tasks such as activity recognition, content retrieval and social signal processing. In this work, we aim to further advance the state of the art by establishing "PoseTrack", a new large-scale benchmark for video-based human pose estimation and articulated tracking, and bringing together the community of researchers working on visual human analysis. The benchmark encompasses three competition tracks focusing on i) single-frame multi-person pose estimation, ii) multi-person pose estimation in videos, and iii) multi-person articulated tracking. To facilitate the benchmark and challenge we collect, annotate and release a new %large-scale benchmark dataset that features videos with multiple people labeled with person tracks and articulated pose. A centralized evaluation server is provided to allow participants to evaluate on a held-out test set. We envision that the proposed benchmark will stimulate productive research both by providing a large and representative training dataset as well as providing a platform to objectively evaluate and compare the proposed methods. The benchmark is freely accessible at https://posetrack.net.Comment: www.posetrack.ne

DeepCut: Joint Subset Partition and Labeling for Multi Person Pose Estimation

This paper considers the task of articulated human pose estimation of multiple people in real world images. We propose an approach that jointly solves the tasks of detection and pose estimation: it infers the number of persons in a scene, identifies occluded body parts, and disambiguates body parts between people in close proximity of each other. This joint formulation is in contrast to previous strategies, that address the problem by first detecting people and subsequently estimating their body pose. We propose a partitioning and labeling formulation of a set of body-part hypotheses generated with CNN-based part detectors. Our formulation, an instance of an integer linear program, implicitly performs non-maximum suppression on the set of part candidates and groups them to form configurations of body parts respecting geometric and appearance constraints. Experiments on four different datasets demonstrate state-of-the-art results for both single person and multi person pose estimation. Models and code available at http://pose.mpi-inf.mpg.de.Comment: Accepted at IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2016