Apprendre à générer des vidéos de personnes

Learning to generate human videos

• Auteur / Autrice : Yaohui Wang
• Direction : Antitza Dantcheva, François Brémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : George Drettakis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antitza Dantcheva, François Brémond, George Drettakis, Ivan Laptev, Elisa Ricci, Georgiu Panayiotis, Shiguang Shan, Sergey Tulyakov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ivan Laptev, Elisa Ricci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconnaissance des formes (informatique)

Vision par ordinateur

Intelligence artificielle

Mots clés libres

Synthèse vidéo

Réseaux antagonistes génératifs

Video synthesis

Generative adversarial networks

Résumé

Les réseaux antagonistes génératifs (GAN) ont suscité une attention croissante en raison de leurs capacités à modéliser des distributions de données visuelles complexes, ce qui leur permet de générer et de traduire des images réalistes. Bien que la génération de vidéos réalistes soit la suite naturelle, elle est nettement plus difficile en ce qui concerne leur complexité et leur calcul, associés à la modélisation simultanée de l'apparence, ainsi que du mouvement de la personne dans la vidéo. Plus précisément, en inférant et en modélisant la distribution de vidéos, les modèles génératifs sont confrontés à trois défis principaux : (a) générer un nouveau mouvement et conserver l'apparence de la personne, (b) modéliser la cohérence spatio-temporelle, ainsi que (c) comprendre la représentation latente de la vidéo.Dans cette thèse, nous proposons un certain nombre d'approches novatrices pour générer des vidéos de haute qualité visuelle et interpréter l'espace latent de la représentation de la vidéo dans ces modèles génératifs. Nous introduisons tout d'abord une méthode, qui apprend à générer conditionnellement des vidéos basées sur une seule image en entrée. Notre modèle proposé permet une génération de vidéo contrôlable en fournissant diverses catégories de mouvement. Deuxièmement, nous présentons un modèle, qui est capable de produire des vidéos à partir de vecteurs de bruit en dissociant l'apparence et le mouvement dans l'espace latent. Nous démontrons que les deux facteurs peuvent être manipulés de manière conditionnelle et inconditionnelle. Troisièmement, nous introduisons un modèle génératif inconditionnel de vidéos qui permet l'interprétation de l'espace latent. Nous mettons l'accent sur l'interprétation et la manipulation du mouvement. Nous montrons que la méthode proposée est capable de découvrir des représentations du mouvement sémantiquement significatives, qui à leur tour permettent le contrôle des vidéos générées. Enfin, nous décrivons une nouvelle approche pour combiner la modélisation générative avec l'apprentissage contrastif pour la réidentification de personnes en mode non supervisé. Nous exploitons les données générées en tant qu'augmentation de données et montrons que ces données peuvent améliorer la précision de la ré-identification.

Generative Adversarial Networks (GANs) have witnessed increasing attention due to their abilities to model complex visual data distributions, which allow them to generate and translate realistic images. While realistic \textit{video generation} is the natural sequel, it is substantially more challenging w.r.t. complexity and computation, associated to the simultaneous modeling of appearance, as well as motion. Specifically, in inferring and modeling the distribution of human videos, generative models face three main challenges: (a) generating uncertain motion and retaining of human appearance, (b) modeling spatio-temporal consistency, as well as (c) understanding of latent representation. In this thesis, we propose three novel approaches towards generating high-visual quality videos and interpreting latent space in video generative models. We firstly introduce a method, which learns to conditionally generate videos based on single input images. Our proposed model allows for controllable video generation by providing various motion categories. Secondly, we present a model, which is able to produce videos from noise vectors by disentangling the latent space into appearance and motion. We demonstrate that both factors can be manipulated in both, conditional and unconditional manners. Thirdly, we introduce an unconditional video generative model that allows for interpretation of the latent space. We place emphasis on the interpretation and manipulation of motion. We show that our proposed method is able to discover semantically meaningful motion representations, which in turn allow for control in generated results. Finally, we describe a novel approach to combine generative modeling with contrastive learning for unsupervised person re-identification. Specifically, we leverage generated data as data augmentation and show that such data can boost re-identification accuracy.