基于视频帧连贯信息的3维人体姿势优化估计方法

针对基于视频的3维人体姿态估计问题,传统方法是先估计出每帧图像中的3维人体姿态,再将估计结果按帧序排列,获得视频中的3维人体姿态.这种方法没有考虑连续帧间人体动作的连贯性,以及人体关节连接的空间一致性,估计结果中常会出现人体的高频抖动及动作的较大偏差.针对该问题,提出一种基于视频帧连贯信息的3维姿态优化估计方法.首先利用2维姿势估计结果优化人体3维关节点坐标,以减少抖动;其次引入前后帧关节点运动的逆向与正向预测,以保持动作连贯性;最后,加入骨骼连接约束,建立可保持人体动作轨迹光滑且优化前后关节连接结构一致的模型,实现对3维人体姿态的精确估计.在公共数据集MPI-INF-3DHP上的测试结果显示,与基准3维姿态估计方法相比,本文方法估计的关节点平均误差降低3.2％.在公共数据集3DPW上的测试结果显示,与未优化情形相比,加速误差降低44％.     

融合显著性图像语义特征的人体相似动作识别

目的 基于骨骼的动作识别技术由于在光照变化、动态视角和复杂背景等情况下具有更强的鲁棒性而成为研究热点。利用骨骼/关节数据识别人体相似动作时,因动作间关节特征差异小,且缺少其他图像语义信息,易导致识别混乱。针对该问题,提出一种基于显著性图像特征强化的中心连接图卷积网络（saliency image feature enhancement based center-connected graph convolutional network,SIFE-CGCN）模型。方法 首先,设计一种骨架中心连接拓扑结构,建立所有关节点到骨架中心的连接,以捕获相似动作中关节运动的细微差异;其次,利用高斯混合背景建模算法将每一帧图像与实时更新的背景模型对比,分割出动态图像区域并消除背景干扰作为显著性图像,通过预训练的VGG-Net(Visual Geometry Group network)提取特征图,并进行动作语义特征匹配分类;最后,设计一种融合算法利用分类结果对中心连接图卷积网络的识别结果强化修正,提高对相似动作的识别能力。此外,提出了一种基于骨架的动作相似度的计算方法,并建立一个相似动作数据集。结果 ...     

基于2S-LSGCN的人体动作识别

针对视频中人体动作行为的空间复杂性和时间复杂性问题,提出一种融合图卷积神经网络和长短期记忆神经网络的双流网络方法2 S-LSGCN.从人体关节点组成的骨架关节图中,提取动作的空间与时间特征;利用GCN提取骨架关节点间潜在的空间信息,LSTM提取人体动作前后之间的时间序列特征作为补充,分别将两个网络的预测输出进行晚融合,...     

基于Kinect传感器骨骼信息的人体动作识别

为研究人体骨骼结构、骨骼关节点位置信息以及人体动作所具有的骨骼角度特征,提出了一种基于深度传感器提取人体骨骼信息的动作识别方法.方法利用Kinect深度传感器,实时准确地捕获人体骨骼三维数据,并根据坐标系变换构建人体骨骼拓扑结构.然后提取人体动作所感兴趣的骨骼关节点,定义骨骼向量,并获取每段骨骼向量的方向余弦特征;最后通过多类支持向量机训练以及动作识别分类.实验结果表明,相比于传统基于轮廓特征的方法,改进方法对人体识别具有更高的识别准确率,鲁棒性强.     

基于高分辨率网络和图卷积网络的三维人体重建模型

针对单目图像重建人体时出现的头部姿态翻转和图像特征间隐式空间线索缺失的问题,提出了一种基于高分辨率网络（HRNet）和图卷积网络（GCN）的三维人体重建模型。首先利用HRNet和残差块作为主干网络从原始图像中提取丰富的人体特征信息,然后使用GCN来捕获特征之间隐式的空间线索以获得空间精确的特征表示,最后使用此特征来预测多人线性蒙皮模型（SMPL）的参数以得到更加准确的重建结果;同时为了有效解决人体头部姿态翻转的问题,对SMPL的关节点重新进行了定义,在原有关节的基础上增加对头部关节点的定义。实验结果表明,所提模型能够准确地重建出三维人体,在2D数据集LSP上的重建准确率达到了92.41%,在3D数据集MPI-INF-3DHP上的关节误差和重建误差也大幅降低,平均误差仅分别为97.73 mm和64.63 mm,验证了所提模型在人体重建领域的有效性。     

三维人体骨骼动画自动合成方法研究

传统的人体骨骼动画制作方法是参考真实人体骨骼运动过程中各关节点的坐标位置变化轨迹,确定关键帧与插值帧模型,再进行必要的编辑处理,这需要大量的专业领域知识以及复杂的交互规则,人力物力成本高。为解决上述问题,提出了一种在给定任意两个人体骨骼动作数据作为首尾帧的条件下,自动合成完整三维人体骨骼动画序列的方法。方法由基于卷积自编码网络的骨骼动画特征提取模型和双线性插值与卷积相结合的插值帧自动合成模型两部分组成。随机从Mocap数据库中抽取两帧人体动作数据作为模型的输入,可以自动生成三维人体骨骼动画。文中方法与传统插值帧生成方法相比,具有较好的动作趋势转折信息的预测和还原能力,提升了动画系统的交互效率以及智能水平。     

预加权调制密集图卷积网络三维人体姿态估计

图卷积网络（GCN）日益成为三维人体姿态估计（3D HPE）的主要研究热点之一,使用GCN对人体关节点之间的关系建模的方法使三维人体姿态估计获得了良好的性能。然而,基于GCN的三维人体姿态估计方法存在过平滑和未区分关节点与相邻关节点重要性的问题。为解决这些问题,设计了调制密集连接模块（MDC）和预加权图卷积模块,并基于这两个模块提出了预加权调制密集图卷积网络的三维人体姿态估计方法（WMDGCN）。针对过平滑问题,调制密集连接通过超参数α和β更好地实现特征重用（超参数α表示第l层和之前各层总特征的权重比例,超参数β表示之前各层特征到第l层的传播策略）,从而有效地提高特征的表达能力。针对未区分关节点与相邻关节点重要性的问题,使用预加权图卷积为当前关节点赋予更高的权重,并对当前关节点及其相邻关节点使用不同的权重矩阵,更有效地捕获人体关节点特征。Human3.6M数据集上的对比实验结果表明,该方法在参数量和性能上均取得了最佳性能,WMDGCN的参数量、MPJPE和P-MPJPE值分别为0.27 MB、37.46 mm和28.85 mm。     

融合因果关系和时空图卷积网络的人体动作识别

基于人体骨骼的动作识别因具有简洁、鲁棒的特点,近年来受到了广泛的关注.目前大部分基于骨骼的动作识别方法,如时空图卷积网络(ST-GCN),通过提取连续帧的时间特征和帧内骨骼关节的空间特征来区分不同的动作,取得了良好的效果.考虑人体运动中存在的因果性关系,提出了一种融合因果关系和时空图卷积网络的动作识别方法.针对计算关节力矩获取权重复杂的情况,根据关节之间的因果关系为骨骼图分配边权重,并将权重作为辅助信息增强图卷积网络,来提高驱动力较强的关节在神经网络中的权重,降低重要性低的关节的关注度,增强重要性高的关节的关注度.相比ST-GCN等方法,在Kinetics公开数据集上,所提方法无论是Top-1还是Top-5都有较大的提升,在构建的真实太极拳数据集上的识别精度达97.38％(Top-1)和99.79％(Top-5),证明了该方法可以有效地增强动作特征,提升识别的准确率.     

基于注意力机制的人体关键点隐式建模网络

人体姿态估计任务需要利用视觉线索和关节间的解剖关系来定位关键点,但基于卷积神经网络的方法难以关注远程上下文线索和建模远距离关节之间的依赖关系。为此,提出一种基于注意力机制的隐式建模方法,通过多阶段迭代计算关节之间的特征相关性来隐式建模关键点间的约束关系,消除卷积神经网络的局部操作,扩大网络的感受野,建模远距离关节之间的依赖关系。为了解决网络在训练过程中可能弱化不可见关键点的问题,采用焦点损失函数,使网络更关注于复杂的关键点。使用目前精度最高的特征提取高分辨率网络（HRNet）和经典特征提取残差网络（ResNet）作为主干网络进行实验,结果表明,在同等实验条件下,隐式建模方法可以提高人体姿态估计网络的性能,在MPII和MSCOCO人体姿态估计基准数据集上,以HRNet网络为主干网络的算法相较于原网络,精度分别提升了1.7%和2.6%。     

面向人体动作识别的局部特征融合时间卷积网络

针对3D人体骨架序列动作识别这一问题,提出了一种结合了局部特征融合的时间卷积网络方法.首先,对一个动作中整个骨架序列的所有关节点的空间位置变化进行建模,提取其骨架序列的全局空间特征;然后,根据人体关节点及连接关系的拓扑结构将全局空间特征划分为人体局部空间特征,并将得到的局部空间特征分别作为对应TCN的输入,进而学习各关节内部的特征关系;最后,对输出的各部分特征向量进行融合,学习各部分关节之间的协作关系,从而完成对动作的识别.运用该方法在当前最具挑战性的数据集NTU-RGB+D进行了分类识别实验,结果表明,与已有的基于CNN,LSTM以及TCN的方法相比,其在对象交叉(cross-subject)和视图交叉(cross-view)的分类准确率上分别提高到了79.5%和84.6%.     

融合时空图卷积网络与非自回归模型的三维人体运动预测

当前人体运动预测的方法大多采用基于图卷积网络的自回归模型,没有充分考虑关节间的特有关系和自回归网络性能的限制,从而产生平均姿态和误差累积等问题。为解决以上问题,提出融合时空图卷积网络和非自回归的模型对人体运动进行预测。一方面利用时空图卷积的网络提取人体运动序列的局部特征,可以有效减少三维人体运动预测场景中的平均姿态问题和过度堆叠图卷积层引起的过平滑问题的发生;另一方面将非自回归模型与时空图卷积网络进行结合,减少误差累计问题的发生。利用Human3.6M的数据集进行80 ms、160 ms、320 ms和400 ms的人体运动预测实验。结果表明,NAS-GCN模型与现有方法相比,能预测出更精确的结果。     

脊柱MR图像自动分割方法的研究

脊柱磁共振（magnetic resonance,MR）图像精确分割是脊柱配准、三维重建等技术的前提。传统脊柱MR图像分割方法过程繁琐,精度低。为克服传统方法弊端,提出了一种基于深度学习的脊柱MR图像自动分割方法。该方法构建对称通道卷积神经网络提取多尺度图像特征,通过残差连接解决训练中网络退化问题,同时用跳跃连接层连接中间层特征减少信息丢失。在搭建的网络模型中加入卷积块注意力机制关注空间和通道中的有效特征。实验结果表明,该模型在测试集上的平均DSC系数为0.861?9,相比FCN、U-Net、DeeplabV3+和UNet++网络模型分别提高了15.34%、7.08%、5.79%、3.1%。该模型可应用于临床实践中提升脊柱MR图像的分割精度。     

基于混合关节特征的人体行为识别

针对现有行为识别方法中识别效率低,受环境干扰强等缺点,提出了一种基于混合关节特征的人体行为识别方法.混合关节特征由不同的骨骼关节表达构成,综合了各种行为信息,包括动能、势能、关节方向和关节角度,使得特征表达更加有效.利用具有良好处理时间序列能力的长短期记忆(LSTM)神经网络作为分类器进行人体行为识别.在MSR Action 3D数据集上的实验表明:基于混合关节特征较现有的其他许多骨骼特征表现更好.     

时空双路3D残差卷积网络的视频烟雾检测

现有的视频烟雾检测方法大多通过运动检测提取疑似烟区,并依据经验手工设计提取烟雾特征,在复杂场景中检测准确率不高。针对以上问题,提出了一种基于时空双路3D残差卷积网络的视频烟雾检测方法,基于混合高斯背景模型与原始视频帧的小波低频分量差进行疑似烟区提取,其次构造时空双路3D残差卷积神经网络,并引入注意力机制加权融合烟雾时空域特征,实现端对端的烟雾识别。实验结果表明,该方法可以得到更为完整的疑似烟区,尤其对于过于稀薄和浓厚的烟雾分割效果较好,且相比于传统的烟雾检测方法和2D的烟雾检测卷积网络,在烟雾检测准确率上得到了提高。     

基于混合关节肢体模型的深度人体姿态估计方法

提出基于关节外观和关节间空间关系的模型与深层神经网络结构(DCNN)相结合的混合模型,解决人体姿态估计问题.首先,对人体构建图像模型以表示人体关节与肢体.然后,根据标注信息将图像分解为以关节为中心的若干图像块,作为训练输入数据.最后,得到一个可以解决多个分类的DCNN网络,用于人体姿态估计.文中方法对人体表示更灵活,有效提升关节点的检测率及正确检测的比率.     

基于三维残差稠密网络的人体行为识别算法

针对现有的人体行为识别算法不能充分利用网络多层次时空信息的问题,提出了一种基于三维残差稠密网络的人体行为识别算法。首先,所提算法使用三维残差稠密块作为网络的基础模块,模块通过稠密连接的卷积层提取人体行为的层级特征;其次,经过局部特征聚合自适应方法来学习人体行为的局部稠密特征;然后,应用残差连接模块来促进特征信息流动以及减轻训练的难度;最后,通过级联多个三维残差稠密块实现网络多层局部特征提取,并使用全局特征聚合自适应方法学习所有网络层的特征用以实现人体行为识别。设计的网络算法在结构上增强了对网络多层次时空特征的提取,充分利用局部和全局特征聚合学习到更具辨识力的特征,增强了模型的表达能力。在基准数据集KTH和UCF-101上的大量实验结果表明,所提算法的识别率（top-1精度）分别达到了93.52％和57.35％,与三维卷积神经网络（C3D）算法相比分别提升了3.93和13.91个百分点。所提算法框架有较好的鲁棒性和迁移学习能力,能够有效地处理多种视频行为识别任务。     

高分辨率遥感影像的边缘损失增强地物分割

目的 针对高分辨率遥感影像语义分割中普遍存在的分割精度不高、目标边界模糊等问题,提出一种综合利用边界信息和网络多尺度特征的边缘损失增强语义分割方法。方法 对单幅高分辨率遥感影像,首先通过对VGG-16（visual geometry group 16-layer net）网络引入侧边输出结构,提取到图像丰富的特征细节;然后使用深度监督的短连接结构将从深层到浅层的侧边输出组合起来,实现多层次和多尺度特征融合;最后添加边缘损失增强结构,用以获得较为清晰的目标边界,提高分割结果的准确性和完整性。结果 为了验证所提方法的有效性,选取中国北方种植大棚遥感影像和Google Earth上的光伏板组件遥感影像进行人工标注,并制作实验数据集。在这两个数据集上,将所提方法与几种常用的语义分割方法进行对比实验。实验结果表明,所提方法的精度在召回率为00.9之间时均在0.8以上,在2个数据集上的平均绝对误差分别为0.079 1和0.036 2。同时,通过消融实验分析了各个功能模块对最终结果的贡献。结论 与当前先进方法相比,本文提出的边缘损失增强地物分割方法能够更加精确地从遥感影像的复杂背景中提取目标区域,使分割时提取到的目标拥有更加清晰的边缘。     

面向交通流量预测的多头注意力时空卷积图网络模型

为了充分获取交通流量数据中隐藏的复杂动态时空相关性,提高交通流量预测精度,提出一种多头注意力时空卷积图网络模型MASCGN。首先,采用多头注意力机制为路网中的交通传感器节点自动分配注意力权重,实现对不同邻居节点的权值自适应匹配,充分获取空间相关性;其次,采用带有门控和注意力机制的时空卷积网络充分提取时间序列相关性,并使用残差块结构实现时空卷积层之间的连接,使得模型更具有泛化能力;最后,分别提取周相关、日相关、邻近时间的序列数据,输入三个并行的时空组件以挖掘周、日、邻近三个时间窗口间的时间周期相关性,并通过全连接层获取最终的交通流量预测结果。利用高速公路交通数据集PEMSO4、PEMSO8进行了15 min、30 min、45 min和60 min的交通流量预测实验。实验结果表明MASCGN模型与现有基线模型相比,在未来短期和长期的交通流量预测任务上都具有更优的建模能力。