Temporal Action Proposal 论文分享

TURN TAP: Temporal Unit Regression Network for Temporal Action Proposals(ICCV2017)

Motivation

实现快速和准确地抽取出视频中的语义片段

Proposed Method

-提出了TURN模型预测proposal并用temporal coordinate regression来校正proposal的边界

-通过复用unit feature来实现快速计算

主要步骤如下：

• Video Unit Processing:
  将输入的视频平均分为多个video units，每一个unit包含16帧。将每一个unit送入visual encoder（C3D）中，提取unit-level的特征。

• Clip Pyramid Modeling:
  以每一个unit为anchor unit，构造一个clip pyramid。首先，每一个temporal window pyramid（深蓝色部分）由{1,2,4,…}个unit构成，然后在每个temporal window的前后加上一定数量的context unit（浅蓝色部分）构成clip。将每一个clip送入Feature Pooling，最终的feature由下面的公式表示：
  
  其中为internal units，为context units，P为Mean Pooling。

• Unit-level Temporal Coordinate Regression:
  网络包含两个输出：第一个输出confidence score判断clip中是否包含action，第二个输出temporal coordinate regression offsets。回归偏移量由下式表达：
  
  s和e分别表示起始unit和终止unit的位置
• Loss function:
  正样本定义为：(1)与GT的tIoU最大的样本(2)与GT的tIoU大于0.5的样本
  负样本定义为：与GT的tIoU为0的样本
  Multi-task Loss：
  
  第一项 Lcls 为分类Loss，用于对action/background做分类。
  λ 为trade-off系数
  第二项为回归Loss，用于校正proposal的位置
  
• New metric:
  本文提出了一种新的度量Aerage Recall vs. Frequency of retreived proposals (AR-F)，F代表对从视频中提取proposal的频率（个/秒）

Experiment Setup on THUMOS-14

context unit的数量为4，中间层 fm 的维度为1000， λ 为2.0，temporal window pyramids的unit数为 {1,2,4,8,16,32} 。实验还测试了不同的unit size， nu∈{16,32} 。针对不同的unit feature也做了对比实验：C3D, optical flow based CNN feature, RGB CNN feature。在evaluation中，NMS的阈值比tIoU小0.1。

本文设计了3个实验：
1、对比不同的evaluation metrics并比较了各metrics与mAP的相关性
结论：
(1)AR-N不能够很好地反映TAP的表现
(2)AR-AN不能再不同的数据集进行性能比较
(3)AR-F则不存在上述问题

2、对比了不同visual feature对TURN性能的影响
(1)C3Dfeature，模型用Sports1m数据集预训练，将连续的16帧（一个unit）送入C3D，并提取fc6特征
(2)RGB CNN特征，从一个unit中均匀采8帧，提取ResNet中的Flatten_673特征（用Activity v1.3预训练），然后计算这8个feature的平均值作为这个unit的特征。
(3)dense flow CNN，在unit中间取连续的6帧并计算对应的光流，将flow送入BN-Inception（用Activity v1.3预训练）中，取global_pool特征

2、对比TURN和其他TAP方法的性能
对比方法包括：DAPs，SCNN-prop，Sparse-prop，sliding window，random proposals

3、对比不同的TAP方法在localization task中的性能（相同的classifier/localizer），即将生成的proposal送到classifier中，并得到21个类别的的confidence scores（20类action和1类background）
实验用到了SVM classifier和SCNN-Localizaer

Experiment Setup on ActivityNet

context unit的数量为4， λ 为2.0，temporal window pyramids的unit数为 {2,4,8,16,32，64,128} 。实验还测试了不同的unit size， nu∈{16,32} 。在evaluation中，NMS的阈值比tIoU小0.1。实验中的temporal action localizer用的是SVM，通过sports和works子集数据的two-stream CNN features 进行训练。
1、评估了TURN的泛化能力
(1)在v1.2数据集中，用了ActivityNet，ActivityNet ⋂ THUMOS14，ActivityNet < 1024frames三种训练数据，对比了DAPs和TURN的泛化能力
(2)在v1.3数据集中，有两种训练策略：

1. 在一个subset训练，在另外三个subsets测试
2. 在四个subsets上训练，然后在每个subset中逐个测试

2、评估了TURN在temporal action localization task上的表现
在实验中用了ActivityNet v1.1的Works和Sports子集。本文选择TURN-FL-16（用dense flow feature训练得到）来生成proposals。先用two-stream CNN feature训练一个SVM，接着将TURN-FL-16生成的proposals送到SVM中进行分类。

未完待续

Improvements compared to comparative methods

Gain