時空間特徴を用いた Web動画からの特定動作対応ショットの 自動抽出

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1 Web 動画 画像を用いた 特定動作ショットの自動収集 DO HANG NGA 樋爪和也柳井啓司 電気通信大学情報工学科

2 背景 既存の動画学習手法制限のある動画像 (e.g. KTH, Caltech) 教師なし学習手法 Web 上の動画 教師信号あり 動画量が少ない

3 研究の目的 特定動作についての Web データを使用して その動作の対応ショットを自動抽出 大量の Web 動画 ランキング 学習の必要なし 上位 Running marathon の対応ショット 下位 Running marathon の非対応ショット

4 関連研究 N. I. Cinbis, R. G. Cinbis and S. Sclaroff: Learning actions from the web, ICCV2009 Cinbis らの研究 Web 画像静的特徴 我々の研究 Web 動画 +Web 画像 時空間特徴

5 テキスト処理 提案手法 既存手法 タグ共起辞書作成 タグ共起による動画ランキング tags YouTube ランク上位動画収集 Bing 画像収集 ショット分割 特徴抽出 人間検出 ショット特徴抽出 ショットと画像の類似度の計算 ショット BoF 表現化 Web 画像導入 VisualRank 計算 画像処理

6 YouTube tags 既存手法 (*) タグ共起辞書作成 タグ共起による動画ランキング ランク上位動画収集 動画のみ 利用 ショット分割 時空間特徴抽出 タグ共起ランク ショット BoF 表現化 VisualRank 計算 (*) DoHang Nga, 柳井啓司 : 大量の Web 動画からの教師なし特定動作ショット抽出, MIRU2011 H.N.Do, K.Yanai: Automatic Construction of an Action Database using Web Videos, ICCV2011

7 既存手法 : タグ共起辞書作成ステップ WEB API TAGS YouTube タグ共起辞書作成

8 タグ共起辞書 タグ共起辞書 : Web2.0 辞書 (*) を適用したもの Web2.0 辞書 : 共起出現関係により言葉を定義する 見出し語 :Cinema 共起語 : movie theater theatre architecture film 共起出現頻度 (*)Q.Yang, X.Chen, G.Wang. Web2.0 Dictionary CVIR2008

9 タグ共起辞書作成 ステップ 1 ステップ 2 ステップ 3 各動作について1000 動画のタグを収集タグを集計し 出現頻度上位 2000タグについて それぞれ1000 動画のタグを収集約 200 万動画のタグのうち 5 回以上出現したタグの共起頻度を集計 P(b a) = count(a,b) count(a) where count a, b : a, b の共起出現回数 count a : a の出現回数

10 既存手法 : 動画ランキング WEB API TAGS YouTube タグ共起辞書作成 タグ共起による 動画ランキング クエリ : running+marathon タグ ( 共起スコア ): Run ( ) Training( ) Sport ( )

11 既存手法 : 動画収集ステップ タグ共起辞書による動画ランキング YouTube ランク上位動画の収集 共起関係 上位 200 動画のみ

12 既存手法 : ショット分割ステップ タグ共起による動画ランキング ランク上位動画収集 ショット分割 色情報

13 特徴抽出ステップ YouTube Web2.0 辞書による動画ランキング ランク上位動画収集 ショット分割 時空間特徴 (ST) 抽出 ( ショットの間の類似度の計算のため ) SURF 特徴抽出 ( 画像との類似度の計算のため )

14 時空間特徴 (*) 1. 5 フレームを 1 ユニットとする 2. SURF を抽出 オプティカルフローを計算 3. 動きがある点 : 特徴点 4. ドロネー三角形を作成以降三点で一組の特徴と考える 5. ユニットを更に区切り, それぞれのインターバルから動き特徴を抽出 6 視覚特徴と動き特徴を統合し 特徴をヒストグラム化する (*) A.Noguchi and K.Yanai: A SURF-based Spatio-Temporal Feature for feature-fusion-based action recognition, ECCV WS on Human Motion: Understanding, Modeling, Capture and Animation

15 既存手法 : ショット BoF 化ステップ VisualRank 計算ステップ YouTub e タグ共起による動画ランキング ランク上位動画収集 ショット分割 時空間特徴抽出 コードブック ショット BoF 表現化 VisualRank 計算

16 提案手法 :Web 画像の導入 Web 画像収集ステップ Bing 画像収集 Poselet (*) 人間の形状の一部だけでも検出ができる 人間検出 (*) Lubomir Bourdev, Jitendra Malik, Poselets: Body Parts Detectors Trained using 3D Human Pose Annotations, ICCV 2009

17 Poselet 3D 特徴点を使用し パーツまたはポーズ毎に人間検出を行う PASCAL VOC 2007 challenge person カテゴリで AP=0.365

18 提案手法 : 特徴抽出ステップ類似度計算ステップ Bing 画像収集 既存手法... 人間検出 SURF 特徴抽出 ショット分割 特徴抽出 ショットと画像の類似度の計算 Poselet で選ばれた画像 n 枚 フレーム画像との対応点数をカウント... VisualRank 計算

19 ショットの VisualRank の計算 VisualRank (*) 計算 : r = ds r + 1 d p where r: ランク値ベクトル S : 正規化した類似度行列 d: 補正パラメータ p: 補正ベクトル 補正ベクトル ( バイアスなし ): 1 p = n nx 1

20 補正ベクトルの設定 既存手法 : 共起スコアの高いショットにバイアス p = v j = 1 m,1 j m 0, m < j n 実験設定 : n 2000, m = 1000 提案手法 :Poselet で選択された画像との類似度が高いショットにバイアス p i = exp γ S i n j=1 exp γ S j γ = log2:( 定数値 ) S(i) : ショットの類似度

21 提案手法 タグ共起辞書作成 タグ共起による動画ランキング tags YouTube ランク上位動画収集 Bing 特徴抽出 画像収集 人間検出 ショット分割 特徴抽出 ショット BoF 表現化 特徴マッチング ショットと画像の類似度の計算 VisualRank 計算 ショットの間の類似度の計算 ヒストグラムインターセクション ( 画像との類似度が高いショットを強調 )

22 実験 目的 : Web 画像導入の有効性の検討 既存手法のデータおよび結果評価法を利用 - ランキング後の上位 1~100 ショットについての適合率で結果を評価

23 実験 実験 1: 既存手法で適合率が 50% 以下の 6 種類の動作を選び 実験を行う 実験 2: 精度が良い種類に対する提案手法の有効性の検討 - 既存手法で適合率が 50% 以上の 4 種類 実験 3:Poselet で選択する画像数の影響の検討 - 既存手法で適合率が 10% 以下の 6 種類

24 実験データ 1 テーブル1: 適合率が50% 以下の6 種類 動作 動画数 利用ショット数 bake+bread brush+teeth iron+clothes jog jump+rope wash+face 平均

25 Web 画像適用の有効性の検討 ( その 1) 動作 既存手法 手動で選択 20 画像 Poselet 適用あり TOP20 画像 Poselet 適用なし TOP20 画像 bake+bread brush+teeth iron+clothes jog jump+rope wash+face 平均 %

26 実験データ 2 適合率が50% 以上の4 種類 動作 動画数 利用ショット数 curl+bicep do+yoga ride+bicycle laugh 平均

27 実験 2 の結果 Web 画像適用の有効性の検討 ( その 2) 動作既存手法提案手法 curl+bicep do+yoga ride+bicycle laugh 平均 %

28 実験 3 のデータ 適合率が10% 以下の6 種類動作動画数利用ショット数 boil+egg head+ball cook+rice grill+fish swim+butterfly swim+backstroke 平均

29 実験 3 Poselet で選択する画像数の影響の検討 動作既存手法 10 画像 20 画像 30 画像 50 画像 boil+egg head+ball cook+rice grill+fish swim+butterfly swim+backstroke 平均 %

30 結論 Web 動画からの自動ショット抽出において, Web 画像を導入した 低い精度の動作に関して, 精度が向上 ただし, 元の精度が高い場合, 精度低下

31 今後の課題 Web 画像の選択の仕方の改良 Poselet 以外の人物検出手法の利用 動作対象物体の認識 画像とショットの類似度の計算法の改良 多数画像 (Web 画像 ) 対多数画像 ( フレーム ) の新しい類似度計算手法の考案 BoF や色などの特徴の利用

32 データセット公開

33 Exp No. Tagbased Ranking 5 (1) Motion % (1) p 1 i m i = m 6 (1) Appear. 39.7% 0 m < i n 7 (1) nfusion 2000, m 49.5% = (1) p 1 i m i = m 0 m < i n n 2000, m = 1000 Biased damp. vec. (2) Visual Feature p i = S c j Mean prec@100 RND Randomly-selected 100 shots 14.2% TAG % ST 33.7% 2 - ST 41.0% 3(1) (1) ST 47.3% 3(2) (2) ST 44.8% n, C = j=1 S c j C Sc(j): ショットjのビデオのタグ共起スコア

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