论文 | CVPR2020 《Action Genome: Actions as Compositions of Spatio-temporal Scene Graphs》 论文解读

一 写在前面

未经允许，不得转载，谢谢～～～

这也是今年发表在CVPR上的文章，简单整理记录一下。

主要信息：

• 文章出处：CVPR2020
• 文章代码：暂未发布
• 数据集地址：暂未发布
• 原文链接：https://arxiv.org/abs/1912.06992

二 主要内容

2.1 相关背景

以action recognition为代表的视频理解任务通常将视频当成一个单独的动作进行分析。相对应地，很多数据集对一个视频也用一个action进行标注。

虽然在图像领域，像scene graph这样的结构化表示已经被证明可以在很多任务上提升模型的性能。但在视频领域，视频动作的拆解（objects以及relationship的对应关系）还处于under-explored状态。

在认知科学也有研究支持人类会将长的视频分成几段以便理解。

2.2 本文工作

1. 在视频领域，提出Action Genome，将动作表示成spatio-tempoal scene graph的形式。

以“person sitting on a sofa“为例，Action Genome在其对应的帧上进行object和relation的注释：

• object：person，sofa
• relation：, ,

2. 基于Charades构建含有scene-graph的数据集：Action Genome

按照上面所示的例子，对视频进行sene-graph的标注工作，具体包括object以及relation；

最后的数据集包含：

• 157 action categories；
• 234K video frames；
• 476K bounding boxes；
• 1.72M relationships

3. 在三种任务上进行了scene graph对于视频理解的帮助：

• action recognition
• few-shot action recognition
• spatio-temporal scene graph prediction

三 具体方法

3.1 Action Genome dataset

先简单介绍一下scene graph：

• node：object（物体对应图里的节点）
• edge：realtionship（物体之间的关系对应图中节点之间的边）

对应数据集的标注与构建：

• 整个数据集是基于Charades构建起来的；
• 标注的方法是action-oriented sampling strategy （以视频中的action为导向进行标注）
• 具体对应这个图进行解释：

对于视频中的每个action（不同的颜色段），在这个时间范围内统一sample 5帧进行注释。假设一段视频中有4个actions（action本身可包含，可覆盖），那总共会有4x5=20帧视频帧被标注到。

具体的标注形式如图所示，先标出跟这个action相关的object（bounding box），然后再标注relationships。

其中总共包含3类realtionships：

• attention（looking or not）
• spatial （空间位置）
• contact （交互方式）

最后的数据集信息：

• 234253 frames
• 35 object classes， 476229 bounding boxes
• 25 relationship classes，1715568 instances

3.2 方法

方法部分相对比较简单，主要就是构建scene-graph，然后获取最终的representation。

看颜色的线路（蓝 vs 绿），最终的特征来源最终包含2个部分：

1. scene graph
2. 3D CNN

其中scene graph的部分，对于视频中的每一帧经过scene graph predictor（先用Faster RCNN进行object detection，再用RelDN进行relationships prediction ）构建对应的graph，然后用类似long-term feature bank中的方法获取到graph对应的特征表示。

具体而言，图中看到的feature map是|O| x |R|大小的，|O|表示所有object的数目（已经包含person），|R|表示所有relationship的种类，其值等于对应object的置信度乘上对应relationship的置信度。然后对于每一帧，都把这个map展开作为这一帧的feature，最后对不同帧之间做一个融合得到scene-graph这一路得到的特征。

3D CNN这一路是取视频中比较短的片段过3D conv主导的网络，最终得到的feature，这样可以结合短距离信息和长距离信息。

四 实验结果

介绍一下关于action recognition的结果：在Charader数据集上，通过用scene-graph features替换LFB（long-term feature bank）的feature banks ，能在SOTA的LFB上提升1.8% mAP。

另外还做了一个验证实验，假设真实的scene graph是存在的情况下，也就是直接用手工标注的GT进行scene-graph的构建，能在mAP上获得16%的提升。

五 写在最后

现在的视频分类的文章基本都不在ucf，hmdb这种小数据集上做了==，感觉从科研的角度来说会越来越难，但是真的能出现一些更challenging更有意义的工作还是感觉很好的。

感谢阅读～

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