Human pose estimation and action recognition by multi-robot systems

par Emre Dogan

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Atilla Baskurt et de Christian Wolf.

Soutenue le 07-07-2017

à Lyon , dans le cadre de École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) , LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône) (laboratoire) et de Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information / LIRIS (laboratoire) .

Le président du jury était Denis Pellerin.

Le jury était composé de Atilla Baskurt, Christian Wolf, Denis Pellerin, David Fofi, Nicole Vincent, Christophe Ducottet, Gonen Eren, Céline Teulière.

Les rapporteurs étaient David Fofi, Nicole Vincent.

  • Titre traduit

    Estimation de pose humaine et reconnaissance d’action par un système multi-robots


  • Résumé

    L'estimation de la pose humaine et la reconnaissance des activités humaines sont des étapes importantes dans de nombreuses applications comme la robotique, la surveillance et la sécurité, etc. Actuellement abordées dans le domaine, ces tâches ne sont toujours pas résolues dans des environnements non-coopératifs particulièrement. Ces tâches admettent de divers défis comme l'occlusion, les variations des vêtements, etc. Les méthodes qui exploitent des images de profondeur ont l’avantage concernant les défis liés à l'arrière-plan et à l'apparence, pourtant, l’application est limitée pour des raisons matérielles. Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur la reconnaissance des actions complexes depuis des vidéos. Pour ceci, nous avons introduit une représentation spatio-temporelle indépendante du point de vue. Plus précisément, nous avons capturé le mouvement de la personne en utilisant un capteur de profondeur et l'avons encodé en 3D pour le représenter. Un descripteur 3D a ensuite été utilisé pour la classification des séquences avec la méthodologie bag-of-words. Pour la deuxième partie, notre objectif était l'estimation de pose articulée, qui est souvent une étape intermédiaire pour la reconnaissance de l'activité. Notre motivation était d'incorporer des informations à partir de capteurs multiples et de les fusionner pour surmonter le problème de l'auto-occlusion. Ainsi, nous avons proposé un modèle de flexible mixtures-of-parts multi-vues inspiré par la méthodologie classique de structure pictural. Nous avons démontré que les contraintes géométriques et les paramètres de cohérence d'apparence sont efficaces pour renforcer la cohérence entre les points de vue, aussi que les paramètres classiques. Finalement, nous avons évalué ces nouvelles méthodes sur des datasets publics, qui vérifie que l'utilisation de représentations indépendantes de la vue et l'intégration d'informations à partir de points de vue multiples améliore la performance pour les tâches ciblées dans le cadre de cette manuscrit.


  • Résumé

    Estimating human pose and recognizing human activities are important steps in many applications, such as human computer interfaces (HCI), health care, smart conferencing, robotics, security surveillance etc. Despite the ongoing effort in the domain, these tasks remained unsolved in unconstrained and non cooperative environments in particular. Pose estimation and activity recognition face many challenges under these conditions such as occlusion or self occlusion, variations in clothing, background clutter, deformable nature of human body and diversity of human behaviors during activities. Using depth imagery has been a popular solution to address appearance and background related challenges, but it has restricted application area due to its hardware limitations and fails to handle remaining problems. Specifically, we considered action recognition scenarios where the position of the recording device is not fixed, and consequently require a method which is not affected by the viewpoint. As a second prob- lem, we tackled the human pose estimation task in particular settings where multiple visual sensors are available and allowed to collaborate. In this thesis, we addressed these two related problems separately. In the first part, we focused on indoor action recognition from videos and we consider complex ac- tivities. To this end, we explored several methodologies and eventually introduced a 3D spatio-temporal representation for a video sequence that is viewpoint independent. More specifically, we captured the movement of the person over time using depth sensor and we encoded it in 3D to represent the performed action with a single structure. A 3D feature descriptor was employed afterwards to build a codebook and classify the actions with the bag-of-words approach. As for the second part, we concentrated on articulated pose estimation, which is often an intermediate step for activity recognition. Our motivation was to incorporate information from multiple sources and views and fuse them early in the pipeline to overcome the problem of self-occlusion, and eventually obtain robust estimations. To achieve this, we proposed a multi-view flexible mixture of parts model inspired by the classical pictorial structures methodology. In addition to the single-view appearance of the human body and its kinematic priors, we demonstrated that geometrical constraints and appearance- consistency parameters are effective for boosting the coherence between the viewpoints in a multi-view setting. Both methods that we proposed was evaluated on public benchmarks and showed that the use of view-independent representations and integrating information from multiple viewpoints improves the performance of action recognition and pose estimation tasks, respectively.


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