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1 Bag-of-Frames と時空間特徴量を用いた Semantic Indexing Task への取り組み

2 アウトライン はじめに 関連研究 手法 時空間特徴抽出手法 Bag of Framesによる全フレーム認識 キーフレームの利用 実行環境 結果 反省点 おわりに

3 はじめに 国際映像処理ワークショップ TRECVID 膨大な動画データを利用 課題の提示 結果の公表 Semantic Indexing Task 動画中の概念を認識し 概念に沿った動画から順に索引付けを行うタスク 2010 年から概念カテゴリが 20 種類から 130 種類に増加 公式の平均適合率の算出は 30 種類の概念

4 関連研究 TRECVID におけるマルチフレーム認識 MediaMill チーム [2] 複数のフレームから取得した特徴量を統合 東京工業大学チーム [3] 時空間特徴と視覚特徴の統合 Liu[4] らの研究 Adaboost による統合

5 方針 2010 年から TRECVID のデータセットが更新 Web から収集した動画に 野口 [1] による Web 動画認識で利用した特徴 ドロネー三角形を利用した時空間特徴など 本チームが TRECVID 2009 で利用した特徴 キーフレームから取得したカラーヒストグラムなど Multiple Kernel Learning で統合

6 動画認識の概要 ショット動画 野口の作成した特徴 ST: 時空間特徴 Motion: 動き特徴 Gabor: 視覚特徴 TRECVID2009 で利用した特徴 キーフレーム特徴 (RGB ヒストグラムなど 7 特徴 ) ドロネー三角形を用いた手法 Bag-of-Spatio-temporal- Feature 表現 オプティカルフローによる表現 フレーム毎に取得 ヒストグラムを Bag of Frames 表現にする キーフレームから取得 Multiple Kernel Learning(MKL) による学習 認識

7 ST: 時空間特徴 1.SURFによる特徴点抽出 2. オプティカルフローの小さい特徴点を除去 (Lucas-Kanade 法 ) 3. ドロネー三角分割法により三座標による特徴を取得 4. 各特徴の3 頂点のオプティカルフローと面積変化を計算 5. 視覚特徴と動き特徴を結合し257 次元の特徴抽出 SURF 視覚特徴 64 次元 3 動き特徴ヒストグラム (5 次元 *4フレーム*3 座標 ) 三角面積 (1 次元 *5フレーム)

8 Bag-of-Spatio Temporal Feature(BoSTF) Bag-of-Features(BoF) を動画に拡張したもの 画像を局所特徴の出現頻度で表現する (BoF) 動画を時空間特徴の出現頻度で表現する (BoSTF) ベクトル量子化 ST: 時空間特徴は 5000 次元の BoSTF 表現として利用

9 Motion: 動き特徴 オプティカルフローを用いてフレーム全体の動き情報を表現 8 方向 7 段階に分類し 56 次元のヒストグラムを抽出 カメラモーションが生じたフレームからは取得しない

10 カメラモーション除去 動画特有の特徴利用の際 カメラモーション除去が重要 グリッドで動きを計算 動いた領域の割合が一定以上ならカメラモーションと見なす カメラモーションが検出されたフレームは時空間特徴 動き特徴に利用しない

11 Gabor: ガボール特徴 ガボールフィルターを用い, 画像の局所的な濃淡情報を表現 フィルタカーネル :6 方向,4 周期 画像を グリッドに分割 一つのフレームから 400 個の 24 次元の特徴を抽出 合計 9600 次元の特徴として利用

12 Bag of Frames(BoFr) による全フレーム認識 Gabor Motion 特徴は Bag of Frames 表現で利用する フレーム一枚から得られた特徴全体を 一つの局所特徴と見なし 1 動画中の出現頻度で動画を表現 全フレームの利用により動画の大域的な特徴の取得 ベクトル量子化 Motion: 動き特徴は 3000 次元の BoFr 表現として利用 Gabor: ガボール特徴は 5000 次元の BoFr 表現として利用

13 キーフレームの利用 2009 年の TRECVID で用いたキーフレームから取得した視覚特徴も一部利用した カラーヒストグラム 画像全体から HSV RGB Luv それぞれの色空間ヒストグラム 64 次元 1 画像 4*3 分割し HSV RGB Luv それぞれの色空間ヒストグラム 768 次元 顔特徴 Haar-Like による顔検出を利用 検出した顔個数 1 次元のみ取得

14 Multiple Kernel Learning(MKL) カテゴリごとに認識で重要な特徴は異なるはず 重要な特徴に適切な重みづけを行うことで実現 複数のサブカーネルの線形結合 最適な重み β を求める (MKL 問題 ) 凸面最適化問題として解く

15 実行環境 主に利用した計算クラスタマシン Phenom II X4 3.0 quad core メモリ4GB OS:Fedora 11(x64) 処理時間 (130 カテゴリ合計 ) 特徴抽出 :3.5 週間程度 学習データ :2 週間程度 (40 コア程度利用 ) テストデータ :1.5 週間程度 (80 コア利用 ) MKL の学習 :2 日前後 (100 コア利用 ) テスト分類 :2 日前後 (100 コア利用 )

16 実験 TRECVID データセット 学習動画 ショットテスト動画 ショット 2000 位までの推定平均適合率 (infap) で評価 Full Category 30 カテゴリ認識 Light Category 手法 10 カテゴリ認識 統合手法にMKLを利用 (UEC_MKL) 特徴を単純結合しSVMを利用 (UEC_AVG)

17 F_A_MM.CaptainSlow_4 F_A_REGIM_4_2 F_A_FTRDBJ-HLF-2_2 F_A_TT+GT_run1_1 F_A_PicSOM_2geom-max_2 F_C_MM.Jezza_2 F_A_CU.Athena_3 F_A_Marburg2_3 F_A_Marburg1_4 F_A_UC3M_4_4 F_A_UC3M_2_2 F_A_Quaero_RUN03_3 F_A_inria.willow_1 F_A_DFKI-MADM_4 F_A_VIREO.baseline_vk_c F_A_VIREO.baseline_vk_3 F_A_IRIM_RUN4_4 F_A_TT+GT_run2_2 F_A_ITI-CERTH_2 F_A_NHKSTRL3_3 F_A_NTU-RF-L_3 F_A_Fudan.TV10.2_2 F_A_NTURFB_4 F_A_inria.willow_3 F_A_LIF_RUN4_4 F_C_nii.ksc.run1002_2 F_D_KBVR_2 F_A_Fuzhou_Run1_1 F_D_KBVR_1 F_A_FIU-UM-3_3 F_A_CMU4_4 F_A_CMU2_2 F_A_FIU-UM-4_4 F_A_Fzu_Run3_130c_3 結果 (Full Category) 全 30 チーム中 14 位 (UEC_MKL) infap=0.0478(uec_mkl)86 手法中 32 位 infap=0.0117(uec_avg) 86 手法中 70 位 UEC_MKL UEC_AVG 系列 2 系列 1

18 Airplane Animal Asian_People Bicycling Boat_Ship Bus Car Cheering Cityscape Classroom Dancing Dark-skinned_People Demonstration_Or_Protest Doorway Explosion_Fire Female_Person Flowers Ground_Vehicles Hand Mountain Nighttime Old_People Running Singing Sitting_Down Swimming Telephone Throwing Vehicle Walking_Running Median Max Ours Flowers Full Category のカテゴリ別認識精度 Mountain Swimming Car Bus Sitting Down Dancing Classroom

19 F_A_REGIM F_A_MM.Ca L_A_Eureco F_A_NEC- F_A_TT+G F_A_CU.Ar F_A_NEC- F_A_PicSO F_A_PicSO F_A_CU.He F_A_Marbu F_A_Marbu F_A_UC3M F_A_Quaer F_A_TT+G F_A_VIREO F_A_UC3M F_A_VIREO F_A_inria.wi L_A_MCPR F_A_MUG- L_A_Eureco L_A_MMM- L_A_MMM- F_A_Fudan. F_A_NHKS F_A_brno.b L_A_MMM- L_A_CMU3_3 F_A_Fuzhou F_A_NTUR F_A_LIF_R F_A_MUG- F_D_NTU- L_B_JRS- L_A_SJTU- F_C_nii.ksc. F_A_nii.ksc. F_A_brno.r F_A_LIF_R L_A_MMM- F_A_uzay.sy L_A_IRIT_2_2 F_A_CMU1_1 F_A_nii.PyC L_B_ntt-ut- L_A_IRIT_1_1 L_A_LSIS_ F_A_FIU- F_A_IIPLA_ 結果 (Light Category) 全 37チーム中 12 位 (UEC_MKL) infap=0.0393(uec_mkl) 128 手法中 31 位 infap=0.0077(uec_avg)128 手法中 94 位 UEC_MKL UEC_AVG 系列 2 系列 1 0

20 Light Category のカテゴリ別認識精度 Bus Classroom Median Best Ours 0

21 結果紹介 成功例 :Dancing 466 枚 :1 つの動画から複数選択されていることが多い 失敗例 :Bus 31 枚 : わずかな学習データ 失敗例 2:Walking_Running 2379 枚 : 多様な学習データ

22 反省点 メモリ容量による学習データ数の限度あり 個利用した場合 2 週間計算しても終わらないことも たくさんのネガティブデータをどう利用するか 今回の場合ネガティブデータ 5000 個程度 段取りが重要 130 種類のカテゴリの認識なので 計画的に行う必要 MKL のパラメータ調整を行う時間が作れなかった

23 おわりに まとめ 時空間特徴 bag-of-frames などの特徴の利用 MKL による統合を行った結果 30 チーム中 14 位 86 手法中 32 位の結果を得た TRECVID 2011 に向けて 学習データの少ないカテゴリが存在 認識精度向上のため Web 上の情報を利用する (Image-net)

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