动作识别中局部时空特征的运动表示方法研究

近年来,基于局部时空特征的运动表征方法已被越来越多地运用于视频中的动作识别问题,相关研究人员已经提出了多种特征检测和描述方法,并取得了良好的效果。但上述方法在适应摄像头移动、光照以及穿着变化等方面还存在明显不足。为此,提出了基于时空兴趣点局部时空特征的运动表示方法,实现了基于时空单词的动作识别。首先采用基于Gabor滤波器和Gaussian滤波器相结合的检测算法从视频中提取时空兴趣点,然后抽取兴趣点的静态特征、运动特征和时空特征,并分别对运动进行表征,最后利用基于时空码本的动作分类器对动作进行分类识别。在Weizmann和KTH两个行为数据集进行了测试,实验结果表明：基于时空特征的运动表示能够更好地适应摄像头移动、光照变化以及施动者的穿着和动作差异等环境因素的影响,取得更好的识别效果。     

基于视频时空特征的行为识别方法

针对双流网络提取运动信息需要预先计算光流图,从而无法实现端到端的识别以及三维卷积网络参数量巨大的问题,提出了一种基于视频时空特征的行为识别方法。该方法能够高效提取视频中的时空信息,且无需添加任何光流计算和三维卷积操作。首先,利用基于注意力机制的运动信息提取模块捕获相邻两帧之间的运动位移信息,从而模拟双流网络中光流图的作用;其次,提出了一种解耦的时空信息提取模块代替三维卷积,从而实现时空信息的编码;最后,在将两个模块嵌入二维的残差网络中后,完成端到端的行为识别。将所提方法在几个主流的行为识别数据集上进行实验,结果表明在仅使用RGB视频帧作为输入的情况下,在UCF101、HMDB51、Something-Something-V1数据集上的识别准确率分别为96.5%、73.1%和46.6%,与使用双流结构的时间分段网络（TSN）方法相比,在UCF101数据集上的识别准确率提高了2.5个百分点。可见,所提方法能够高效提取视频中的时空特征。     

人体动作的超兴趣点特征表述及识别

提出一种基于超兴趣点的动作特征描述方法,用于人体动作的识别。兴趣点特征描述了人体动作时变化显著的局部点信息,但其最大的缺陷在于离散的兴趣点间缺乏时间和空间上的结构关联。提出根据兴趣点间的时空距离,使用广度优先搜索邻居算法,将时空距离相近的兴趣点聚合成超兴趣点,该结构作为一个整体,反映人肢体在一定时空范围内的动作变化特征。与现有的基于局部兴趣点的动作识别算法相比,本文算法增加了兴趣点间的整体时空结构关系,提高了特征的区分度。实验采用两层分类方法对超兴趣点特征分类,实验结果表明该算法具有较好的识别率。     

一种基于LTP特征的图像匹配方法*

为了解决可变光照条件下图像匹配困难这一问题,提出一种基于LTP（局部三值模式）特征的图像匹配方法。LTP是LBP（局部二值模式）的扩展,这种局部纹理描述算法较LBP更具有判别能力而且对于统一区域的噪声更不敏感。利用LTP对于图像旋转和光照变化都具有良好的鲁棒性,解决了在光照可变条件下流行的SIFT方法进行匹配的困难。通过对不同变换的图像进行匹配实验表明,该方法得到的匹配结果比LBP效果更好,鲁棒性更高,而在光照可变和噪声很大的情况下比流行的SIFT方法更实用。     

基于混合特征的人体动作识别改进算法

运动特征的选择直接影响人体动作识别方法的识别效果.单一特征往往受到人体外观、环境、摄像机设置等因素的影响不同,其适用范围不同,识别效果也是有限的.在研究人体动作的表征与识别的基础上,充分考虑不同特征的优缺点,提出一种结合全局的剪影特征和局部的光流特征的混合特征,并用于人体动作识别.实验结果表明,该算法得到了理想的识别结果,对于Weizmann数据库中的动作可以达到100％的正确识别率.     

基于中层时空特征的人体行为识别

目的 人体行为识别是计算机视觉领域的一个重要研究课题,具有广泛的应用前景.针对局部时空特征和全局时空特征在行为识别问题中的局限性,提出一种新颖、有效的人体行为中层时空特征.方法 该特征通过描述视频中时空兴趣点邻域内局部特征的结构化分布,增强时空兴趣点的行为鉴别能力,同时,避免对人体行为的全局描述,能够灵活地适应行为的类内变化.使用互信息度量中层时空特征与行为类别的相关性,将视频识别为与之具有最大互信息的行为类别.结果 实验结果表明,本文的中层时空特征在行为识别准确率上优于基于局部时空特征的方法和其他方法,在KTH数据集和日常生活行为(ADL)数据集上分别达到了96.3%和98.0%的识别准确率.结论 本文的中层时空特征通过利用局部特征的时空分布信息,显著增强了行为鉴别能力,能够有效地识别多种复杂人体行为.     

基于改进时空兴趣点特征的双人交互行为识别

针对实际监控视频下双人交互行为的兴趣点特征选取不理想,且聚类词典中冗余单词导致识别率不高的问题,提出一种基于改进时空兴趣点（STIP）特征的交互行为识别方法。首先,引入基于信息熵的不可跟踪性检测方法,对序列图像进行跟踪得到交互动作的前景运动区域,仅在此区域内提取时空兴趣点以提高兴趣点检测的准确性。其次采用3维尺度不变特性转换（3D-SIFT）描述子对检测得到的兴趣点进行表述,利用改进的模糊C均值聚类方法得到视觉词典,以提升词典的分布特性;在此基础上建立词袋模型,即将训练集样本向词典进行投影得到每帧图像的直方图统计特征表示。最后,采用帧帧最近邻分类方法进行双人交互动作识别。在UT-interaction数据库上进行测试,该算法得到了91.7%的正确识别率。实验结果表明,通过不可跟踪性检测得到的时空兴趣点的改进词袋算法可以较大程度提高交互行为识别的准确率,并且适用于动态背景下的双人交互行为识别。     

基于视差和SIFT的双目视觉移动目标识别和追踪的研究

开展基于视差和尺度不变特征变换(SIFT)的双目视觉移动目标识别和追踪的研究。首先采用基于梯度的立体匹配算法得到较准确的左右视图视差映射,其次通过视差映射提高基于SIFT特征的左右视图运动目标的匹配精度,最后利用视差映射和区域增长的方法相结合分别在左右视图完成运动目标的追踪。实验结果表明,基于视差信息和SIFT的双目视觉移动目标识别与追踪算法具有很好的准确性,能够在连续视频中完成左右视场中对同一物体的追踪。     

T-STAM:基于双流时空注意力机制的端到端的动作识别模型

针对双流法进行视频动作识别时忽略特征通道间的相互联系、特征存在大量冗余的时空信息等问题,提出一种基于双流时空注意力机制的端到端的动作识别模型T-STAM,实现了对视频关键时空信息的充分利用。首先,将通道注意力机制引入到双流基础网络中,通过对特征通道间的依赖关系进行建模来校准通道信息,提高特征的表达能力。其次,提出一种基于CNN的时间注意力模型,使用较少的参数学习每帧的注意力得分,重点关注运动幅度明显的帧。同时提出一种多空间注意力模型,从不同角度计算每帧中各个位置的注意力得分,提取多个运动显著区域,并且对时空特征进行融合进一步增强视频的特征表示。最后,将融合后的特征输入到分类网络,按不同权重融合两流输出得到动作识别结果。在数据集HMDB51和UCF101上的实验结果表明T-STAM能有效地识别视频中的动作。     

融合时空图卷积的多人交互行为识别

目的 多人交互行为的识别在现实生活中有着广泛应用。现有的关于人类活动分析的研究主要集中在对单人简单行为的视频片段进行分类,而对于理解具有多人之间关系的复杂人类活动的问题还没有得到充分的解决。方法 针对多人交互动作中两人肢体行为的特点,本文提出基于骨架的时空建模方法,将时空建模特征输入到广义图卷积中进行特征学习,通过谱图卷积的高阶快速切比雪夫多项式进行逼近。同时对骨架之间的交互信息进行设计,通过捕获这种额外的交互信息增加动作识别的准确性。为增强时域信息的提取,创新性地将切片循环神经网络（recurrent neural network,RNN）应用于视频动作识别,以捕获整个动作序列依赖性信息。结果 本文在UT-Interaction数据集和SBU数据集上对本文算法进行评估,在UT-Interaction数据集中,与H-LSTCM（hierarchical long short-term concurrent memory）等算法进行了比较,相较于次好算法提高了0.7%,在SBU数据集中,相较于GCNConv（semi-supervised classification with graph convolutional networks）、RotClips+MTCNN（rotating cliips+multi-task convolutional neural netowrk）、SGC（simplifying graph convolutional）等算法分别提升了5.2%、1.03%、1.2%。同时也在SBU数据集中进行了融合实验,分别验证了不同连接与切片RNN的有效性。结论 本文提出的融合时空图卷积的交互识别方法,对于交互类动作的识别具有较高的准确率,普遍适用于对象之间产生互动的行为识别。     

基于骨骼特征Hough变换的行为识别研究

为有效地表征人体行为的时空特征,将骨骼特征通过Hough变换后建立人体的动作表示.具体来说,采用OpenPose获取视频帧人体骨骼关键点,之后构建骨骼关节并映射到Hough空间,将骨骼关节轨迹转换为点迹,然后角度和轨迹特征的FV(Fisher vector)编码融合作为线性SVM分类器的输入.在经典公共数据集KTH、Weizmann、KARD和Drone-Action上,实验结果表明Hough变换提升了特征的鲁棒性,提高了人体行为识别的性能.     

三维动作识别时空特征提取方法

针对传统的彩色视频中动作识别算法成本高,且二维信息不足导致动作识别效果不佳的问题,提出一种新的基于三维深度图像序列的动作识别方法。该算法在时间维度上提出了时间深度模型(TDM)来描述动作。在三个正交的笛卡尔平面上,将深度图像序列分成几个子动作,对所有子动作作帧间差分并累积能量,形成深度运动图来描述动作的动态特征。在空间维度上,用空间金字塔方向梯度直方图(SPHOG)对时间深度模型进行编码得到了最终的描述符。最后用支持向量机(SVM)进行动作的分类。在两个权威数据库MSR Action3D和MSRGesture3D上进行实验验证,该方法识别率分别达到了94.90%(交叉测试组)和94.86%。实验结果表明,该方法能够快速对深度图像序列进行计算并取得较高的识别率,并基本满足深度视频序列的实时性要求。     

基于视频深度学习的时空双流人物动作识别模型

深度学习在人物动作识别方面已取得较好的成效,但当前仍然需要充分利用视频中人物的外形信息和运动信息。为利用视频中的空间信息和时间信息来识别人物行为动作,提出一种时空双流视频人物动作识别模型。该模型首先利用两个卷积神经网络分别抽取视频动作片段空间和时间特征,接着融合这两个卷积神经网络并提取中层时空特征,最后将提取的中层特征输入到3D卷积神经网络来完成视频中人物动作的识别。在数据集UCF101和HMDB51上,进行视频人物动作识别实验。实验结果表明,所提出的基于时空双流的3D卷积神经网络模型能够有效地识别视频人物动作。     

基于改进特征袋模型的奶牛识别算法

针对特征袋（BOF）模型中存在特征计算耗时、识别精度低的不足,提出一种新的改进BOF模型以提高其目标识别的精度和效率,并将其应用于奶牛个体识别。该算法首先引入优化方向梯度直方图（HOG）特征对图像进行特征提取和描述,然后利用空间金字塔匹配原理（SPM）生成图像基于视觉词典的直方图表示,最后自定义直方图交叉核作为分类器核函数。该算法在项目组自行拍摄的数据集（包含15类奶牛、共7500张奶牛头部图像）上的实验结果表明,使用基于SPM的BOF模型将算法的识别率平均提高2个百分点;使用直方图交叉核相比使用高斯核将算法的识别率平均提高2.5个百分点;使用优化HOG特征,相比使用传统HOG特征将算法识别率平均提高21.3个百分点,运算效率为其1.68倍;相比使用尺度不变特征变换（SIFT）特征,在保证平均识别精度达95.3%的基础上,运算效率为其7.10倍。分析结果可知,该算法在奶牛个体识别领域具有较好的鲁棒性和实用性。     

基于深度信息的特征学习与动作识别方法

为了进行复杂交互动作识别,提出基于深度信息的特征学习方法,并使用两层分类策略解决相似动作识别问题.该方法从频域的角度分析深度图像动作序列,提取频域特征,利用VAE对特征进行空间特征压缩表示,建立HMM模拟时序变化并进行第一层动作识别.为了解决相似动作识别问题,引入三维关节点特征进行第二层动作识别.实验结果表明,两种特征在动作数据集SBU-Kinect上能够有效地表示姿态含义,策略简单有效,识别准确率较高.     

融合时空域特征的人脸表情识别

目的 人脸表情识别是计算机视觉的核心问题之一。一方面,表情的产生对应着面部肌肉的一个连续动态变化过程,另一方面,该运动过程中的表情峰值帧通常包含了能够识别该表情的完整信息。大部分已有的人脸表情识别算法要么基于表情视频序列,要么基于单幅表情峰值图像。为此,提出了一种融合时域和空域特征的深度神经网络来分析和理解视频序列中的表情信息,以提升表情识别的性能。方法 该网络包含两个特征提取模块,分别用于学习单幅表情峰值图像中的表情静态“空域特征”和视频序列中的表情动态“时域特征”。首先,提出了一种基于三元组的深度度量融合技术,通过在三元组损失函数中采用不同的阈值,从单幅表情峰值图像中学习得到多个不同的表情特征表示,并将它们组合在一起形成一个鲁棒的且更具辩识能力的表情“空域特征”;其次,为了有效利用人脸关键组件的先验知识,准确提取人脸表情在时域上的运动特征,提出了基于人脸关键点轨迹的卷积神经网络,通过分析视频序列中的面部关键点轨迹,学习得到表情的动态“时域特征”;最后,提出了一种微调融合策略,取得了最优的时域特征和空域特征融合效果。结果 该方法在3个基于视频序列的常用人脸表情数据集CK+(the e...     

Vision-based action recognition of earthmoving equipment using spatio-temporal features and support vector machine classifiers

Video recordings of earthmoving construction operations provide understandable data that can be used for benchmarking and analyzing their performance. These recordings further support project managers to take corrective actions on performance deviations and in turn improve operational efficiency. Despite these benefits, manual stopwatch studies of previously recorded videos can be labor-intensive, may suffer from biases of the observers, and are impractical after substantial period of observations. This paper presents a new computer vision based algorithm for recognizing single actions of earthmoving construction equipment. This is particularly a challenging task as equipment can be partially occluded in site video streams and usually come in wide variety of sizes and appearances. The scale and pose of the equipment actions can also significantly vary based on the camera configurations. In the proposed method, a video is initially represented as a collection of spatio-temporal visual features by extracting space–time interest points and describing each feature with a Histogram of Oriented Gradients (HOG). The algorithm automatically learns the distributions of the spatio-temporal features and action categories using a multi-class Support Vector Machine (SVM) classifier. This strategy handles noisy feature points arisen from typical dynamic backgrounds. Given a video sequence captured from a fixed camera, the multi-class SVM classifier recognizes and localizes equipment actions. For the purpose of evaluation, a new video dataset is introduced which contains 859 sequences from excavator and truck actions. This dataset contains large variations of equipment pose and scale, and has varied backgrounds and levels of occlusion. The experimental results with average accuracies of 86.33% and 98.33% show that our supervised method outperforms previous algorithms for excavator and truck action recognition. The results hold the promise for applicability of the proposed method for construction activity analysis.     

基于Gabor和二值叠加CS-LBP特征的人脸表情识别

在表情识别中Gabor结合局部二值模式（LBP）的特征提取方法以及直方图统计降维虽然是较为局部化的方法,但LBP鲁棒性较差,识别精度不高,而且使用直方图统计来区分表情,其计算复杂度和特征维数依旧较高。中心对称局部二值模式（CS-LBP）与LBP相比具有较好的鲁棒性,但其对表情纹理细节的描述仍不够详细。因此提出基于Gabor结合改进的CS-LBP即二值叠加中心对称局部二值模式（二值叠加CS-LBP）的特征提取方法。用Gabor提取特征,同时用两种计算方式提取两个特征值并叠加,作为最终识别的特征;并通过离散余弦变换（DCT）降维,有效降低表情的特征维数。在JAFFE表情库中实验验证了该方法能有效提高识别精度。     

结合特权信息的人体动作识别

目的 采用传统的2维特征提取方法,很难从视频中准确地捕获出人体的关节点位置,限制了识别率的上限。采用深度信息的3维特征提取能提升识别率,但高维空间运算复杂度高,很难实现实时识别,受应用场景限制。为克服上述难点,提出一种基于3维特权学习的人体动作识别方法,将3维信息作为特权信息引入到传统的2维动作识别过程中,用来识别人体动作。方法 以运动边界直方图密集光流特征、Mosift（Motion SIFT）特征和多种特征结合的混合特征作为2维基本特征。从Kinect设备获得的深度信息中评估出人体的关节点信息,并用李群算法处理得到3维特征作为特权信息。特权信息在经典支持向量机下的识别效果优于2维基本特征。训练数据包含2维基本特征和3维特权信息,测试数据只有2维基本特征。通过训练样本学习,得到结合特权信息的支持向量机（SVM+）,使用该向量机对测试样本进行分类,得到人体动作识别结果。结果 在UTKinect-Action和Florence3D-Action两个人体动作数据集上进行实验。引入特权信息后,人体动作识别率较传统2维识别有2%的平均提升,最高达到9%。SVM+分类器对参数的敏感性较SVM下降。结论 实验结果表明,本文方法较以往方法,在提升识别准确率的同时,降低了分类器对参数的敏感性。本文方法仅在训练过程中需要同时提取2维基本特征和3维特权信息,而在测试过程中无需借助深度信息获取设备提取3维特权特征信息,学习速度快,运算复杂度低,可广泛应用于低成本,高实时的人体动作识别场合。