Reconnaissance d'actions humaines dans des vidéos, en particulier lors d'interaction avec des objets

Human action recognition on videos especially when interacting with objects

• Auteur / Autrice : Camille Maurice
• Direction : Frédéric Lerasle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique

Reconnaissance gestuelle

Vision par ordinateur

Mots clés libres

Vision par ordinateur

Reconnaissance d'actions

Interactions homme objet

Computer vision

Action recognition

Human object interaction

Résumé

Dans cette thèse nous étudions la reconnaissance d'actions humaines. Typiquement, différentes actions se déroulent dans un même lieu et font intervenir divers objets. Ce problème est difficile en raison de la variété et la ressemblance de certaines actions, de l'encombrement du fond de la scène. De nombreuses approches de vision par ordinateur étudient cette problématique et leur performance est souvent dépendante du paramétrage de certains hyper-paramètres. Par exemple pour les approches d'apprentissage profond nous retrouvons l'initialisation du learning-rate, la taille des mini-lots... Partant de ce constat, nous commençons par une étude comparative des outils d'optimisation des hyper-paramètres de la littérature appliquée à une problématique de vision par ordinateur. Puis nous proposons une première approche bayésienne originale pour la reconnaissance d'actions en ligne qui repose sur des primitives de haut-niveau en 3D : l'observation du squelette humain et les objets environnants. Les nombreux paramètres à régler sont optimisés grâce à l'outil d'optimisation qui émerge de notre étude comparative. Les performances de cette première approche sont comparées à un réseau d'apprentissage profond de l'état de l'art, il en ressort une certaine complémentarité que nous proposons d'exploiter à travers un mécanisme de fusion. Enfin, suite aux récentes avancées dans les réseaux de convolutions à graphes, nous proposons une approche compacte originale et modulaire qui repose sur la construction de graphes spatio-temporels du squelette et des objets. Ces différentes approches sont évaluées et comparées, en performance brute et vis-à-vis des actions sous-représentées sur différents jeux de données publiques qui proposent des séquences d'actions de la vie quotidienne. Nos approches montrent des gains de performance intéressants eu égard à la littérature, notamment vis-à-vis des classes sous représentées dans le jeu de données.

In this thesis we study the recognition of actions of daily life. Typically, different actions take place in the same place and involve various objects. This problem is difficult because of the variety and resemblance of some actions and the clutter in the background. Many computer vision approaches study this problem and their performance is often dependent on the setting of certain hyper-parameters. For example, for deep learning approaches there are: the initialization of the learning-rate, the size of the mini-batch... Based on this observation, we begin with a comparative study of hyper-parameter optimization tools from the literature applied to a computer vision problem. Then we propose a first Bayesian approach for online action recognition based on high-level 3D primitives: the observation of the human skeleton and surrounding objects. The parameters to be set are optimized thanks to the optimization tool that emerges from our comparative study. The performances of this first approach are compared to a deep state of the art learning network, and a certain complementarity emerges that we propose to exploit through a fusion mechanism. Finally, following recent advances in graph convolutional networks, we propose a light and modular approach based on the construction of spatio-temporal graphs of the skeleton and objects. The validity of the different approaches is evaluated, in raw performance and with respect to under-represented actions on different public data sets that propose sequences of actions of everyday life. Our approaches show interesting results compared to the literature especially regarding imbalanced data and under-represented classes in datasets.