Reconnaissance d’actions humaines dans des vidéos utilisant une représentation locale

par Michal Koperski

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de François Brémond.

Le président du jury était Frédéric Precioso.

Le jury était composé de François Brémond, Frédéric Precioso, Matthieu Cord, Leonid Sigal, Jean-Marc Odobez.

Les rapporteurs étaient Matthieu Cord, Leonid Sigal.


  • Résumé

    Cette thèse étudie le problème de la reconnaissance d’actions humaines dans des vidéos. La reconnaissance d’action peut être définie comme étant la capacité à décider si une action est présente due une vidéo. Ce problème est difficile en raison de la complexité des actions humaines, dans la grande variété de leur apparence et de leur mouvement. Les avancées récentes dans les méthodes manuelles ou par apprentissage profond ont considérablement amélioré la précision de la reconnaissance d’action. Mais de nombreuses questions restent ouvertes, ce qui rend le problème de la reconnaissance d’actions loin d’être résolu. Les méthodes actuelles basées sur les caractéristiques locales, donnent des résultats satisfaisants. Mais les actions humaines sont complexes, ce qui nous conduit à la question suivante : comment modéliser les relations entre les caractéristiques locales dans leur contexte spatiotemporel ? Dans cette thèse nous proposons 2 méthodes pour y répondre. La première modélise les relations spatio-temporelles entre les caractéristiques images utilisant la Covariance Brownienne, et la seconde modélise la disposition spatiale des caractéristiques locales à l’intérieur de la boite englobante de chaque personne. Les méthodes que nous proposons sont générales et peuvent améliorer aussi bien les méthodes manuelles que celles avec apprentissage. Une autre question ouverte est : l’information 3D peut-elle améliorer la reconnaissance d’actions ? Plusieurs méthodes utilisent les informations 3D pour détecter les articulations du corps. Nous proposons de les améliorer avec un nouveau descripteur, utilisant la trajectoire 3D calculée à partir des informations RGB-D. Finalement, nous affirmons que la capacité de traiter une vidéo en temps-réel sera un facteur clé pour les futures applications de reconnaissance d’actions. Toutes les méthodes proposées dans cette thèse sont prêtes à fonctionner en temps-réel. Nous avons prouvé notre affirmation empiriquement en créant un système temps-réel de détection d’actions. Ce système a été adapté avec succès par la compagnie Toyota pour leurs systèmes robotiques. Pour l’évaluation, nous nous concentrons sur les actions quotidiennes à la maison telles que : manger, boire ou cuisiner. La reconnaissance de telles actions est importante pour le suivi des patients à l’hôpital et pour les systèmes d’aide robotisée à domicile. Dans ce but, nous avons créé une grande base de données, qui contient 160 heures d’enregistrement de 20 personnes âgées. Les vidéos ont été enregistrées dans 3 chambres avec7 capteurs RGB-D. Nous avons annoté ces vidéos avec 28 classes d’actions. Les actions dans la base de données sont effectuées d’une manière naturelle et non supervisée, ce qui introduit des défis manquants dans les bases de données publiques. Nous évaluons aussi nos méthodes en utilisant les bases de données publiques : CAD60, CAD120 et MSRDailyActivity3D. Les expérimentations montrent que nos méthodes améliorent les résultats de l’état de l’art.

  • Titre traduit

    Human action recognition in videos with local representation


  • Résumé

    This thesis targets recognition of human actions in videos. This problem can be defined as the ability to name the action that occurs in the video. Due to the complexity of human actions such as appearance and motion pattern variations, many open questions keep action recognition far from being solved. Current state-of-the-art methods achieved satisfactory results based only on local features. To handle complexity of actions we propose 2 methods which model spatio-temporal relationship between features: (1) model a pairwise relationship between features with Brownian Covariance, (2) model spatial-layout of features w.r.t. person bounding box. Our methods are generic and can improve both hand-crafted and deep-learning based methods. Another question is whether 3D information can improve action recognition. Many methods use 3D information only to obtain body joints. We show that 3D information can be used not only for joints detection. We propose a novel descriptor which introduces 3D trajectories computed on RGB-D information. In the evaluation, we focus on daily living actions -- performed by people in daily self-care routine. Recognition of such actions is important for patient monitoring and assistive robots systems. To evaluate our methods we created a large-scale dataset, which consists of 160~hours of video footage of 20~seniors. We have annotated 35 action classes. The actions are performed in un-acted way, thus we introduce real-world challenges, absent in many public datasets. We also evaluated our methods on public datasets: CAD60, CAD120, MSRDailyActivity3D. THe experiments show that our methods improve state-of-the-art results.


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