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八木 拓真(Takuma Yagi) 2 専門:人物行動・シーン理解のためのコンピュータビジョン → 特に一人称視点映像解析(身体に装着したカメラ映像の解析) 2023- 産業技術総合研究所 人工知能研究センター
研究員 2022-23 東京大学 生産技術研究所 特任研究員 2022 博士(情報理工学)東京大学 2017 学士(工学)東京工業大学 LLM物体状態推定 MIRU’23,’24 手操作物体の追跡に 基づく物探し支援 IUI’21, TiiS’22 大規模一人称視点映像DB CVPR’22 Best Paper Finalist 人物位置の予測 CVPR’18 映像からの人物行動理解 シーン認識による行動支援 大規模映像データセットの構築 バイオ実験映像DB CVPRW’23 -
映像からの人物行動認識 YouTubeやTV/映画映像を用いた引きの映像の行動理解に焦点 6 NTU RGB+D [Sharoudy+, CVPR’16] ActivityNet [Hrilbron+, CVPR’15]
MST-VTT [Xu+, CVPR’16] FineGym [Shao+, CVPR’20] Home Action Genome [Rai+, CVPR’20] -
使用されるデバイス 市販のアクションカメラ・スマートグラスおよび専用品 近年は映像だけでなく音声、加速度、カメラ位置なども取れるマルチモーダ ル化が顕著 11 GoPro 超広角映像が簡単に 撮れる万能選手 Vuzix Blade
BtoB向け OS搭載スマートグラス Tobii/Pupil 視線データを 高精度で記録可能 THINKLET 首掛け型のハンズフリー ビデオ通話端末 -
カメラの装着位置 用途・目的に応じて様々な位置に取り付けられる 12 頭部 胸部 手首 首元 [Ohnishi+, CVPR’16] 目線に沿っているが重い
安定だが目線から遠い 快適で長時間着用に有利 手元をアップで映せる -
なぜ一人称視点映像なのか? 16 我々は自分の身体を持ち、物体操作・会話など、一人称視点を通して世界と 関わっている 受動的にしか動けないネコは縞模様を認識できない [Held & Hein, ’63] [Held
& Hein, ‘63] [Jayaraman & Grauman, ICCV‘15] 人が能動的に動いた結果何が起こるかを理解する必要がある -
視線はタスク依存である [Yarbus, ‘67] 同じ視覚刺激であっても、対象中の何に注目するかによって視線の軌跡 (gaze scanpath)は変化する 20 Free view Age
Clothes Story Positions Summary Wealth 絵画を要素別に注目した際の視線軌跡 -
物体探索タスクにおける視線軌跡推定 [Yang+, CVPR’20] 逆強化学習を用いた物体探索中の視線軌跡推定 粗い画像を入力として「注視」した領域のみの高解像度画像を繰り返し得る 設定で次にどこに視線を向けるかを予測(例:食器らしい領域にまず注目) 22 視線軌跡(黄枠は探索対象) 予測された視線軌跡 注視回数
注視回数と対象物体にたどり着けたかの関係 対象物体到達の累積確率 逆強化学習 モデルの概要 -
画像と視線軌跡からの探索物体推定 [Nishiyasu+, CVPRW’24] 入力:画像+視線軌跡 → 出力:探索物体の種類およびその存在 23 物体セグメンテーション 注視時間の長さ 注視の順序
注視位置 物体の意味領域 視線と物体の特徴を統合すること で人の意図を推定できる -
自己運動の使い方 自己運動は前景運動(身体の実際の動き)と背景運動(観測点が動くことによ る見かけ上の動き)に分けられる 目的に応じて前景・背景運動を分けて利用することで、行動認識などの精度の 向上につなげられる 26 3次元軌跡・マップを取得したい →SLAM・VO (Visual Odometry)を利用
動きを分類・認識に利用したい →オプティカルフローから特徴抽出 自己運動の影響を省きたい →前景以外の平均運動ベクトルを引く 特徴点の追跡 見かけ上の運動 前景運動 CNN オプティカルフロー ワールド上の 6Dカメラ姿勢 -
手操作(hand manipulation) 一人称視点映像は手を大写しにするた め、手や道具を用いてどのように環境 に働きかけるかの認識をより詳細に行 える タスク例: 手位置(セグメンテーション)推定 手の関節の2次元/3次元位置推定 把持(物の握り方)分類
ジェスチャ認識 手の将来の動きの予測 操作物体・二次物体の検出 27 手-物体インタラクション認識の主なタスク [Bandini+, PAMI’20] -
一人称視点映像解析のタスク 30 自己の理解 他者の理解 環境・時空間構造の理解 装着者自身の行動/状態の理解 • 行動・物体検索 • 自己姿勢推定
• 将来行動予測 • 視線推定 装着者が観察する人の行動の理解 • 発話予測 • アイコンタクト予測 • 他者との位置関係の予測 • 共同注意の認識 • 表情認識 装着者を含めた環境や構造の理解 • 3次元地図の作成 • 操作物体検出 • アフォーダンス認識 • 手順認識 • シーン状態の認識 -
自己の理解:映像-テキスト検索 [Lin+, NeurIPS’22] 31 EgoVLP (Video-Language Pretraining) 数秒間の映像とその説明文(ナ レーション)との間の対照学習 より詳細な差を区別するため、
別の場面で行われた同一行動 (例:ベッドで寝ながら/外を 歩きながらスマホを解除する) に対して明示的にペナルティを 与えるEgoNCEを提案 学習した特徴は複数下流タスク に流用可能 コード: https://github.com/showlab/EgoVLP テキストから映像の検索 (text-to-video) EgoNCEの損失項 -
事例:バイオ実験の記録と自動化 FineBio [Yagi+, ArXiv’24] 実験行動の自動認識のための 模擬バイオ実験の映像および 階層行動・物体アノテーショ ンデータセット(14.5時間) 41 実験者が作業
手順と結果を自動記録 ロボットが転写・再現 上段:手順レベルの認識 下段:単位動作レベルの認識 -
一人称視点映像のデータセット インターネット上に登場しないデータのため、独自に収集する必要がある 近年、多組織連携を通じてより大規模かつ網羅的な映像データセットが整備 43 EPIC-KITCHENS [Damen+, ECCV’18;IJCV’22] Ego4D [Grauman+, CVPR’22]
Ego-Exo4D [Grauman+, CVPR’24] 2か国/2組織/著者11人 9か国/13組織/著者85人 10か国/22組織/著者101人 -
Ego4D:世界規模の一人称視点映像データベース [Grauman+, CVPR’22] Meta AIと13大学組織からなるデータ基盤構築プロジェクト 多様な一人称視点映像および説明文からなる大規模映像言語コーパスを収集 46 大学院生だけではない、世界中の様々な人たちの様々なアクティビティを収録 3670時間分の 日常生活映像
931人の カメラ装着者 74の地点 9か国 屋内外の 136シナリオ 385万の映像 ナレーション 17の タスク 5つの ベンチマーク -
ベンチマークタスク 過去・現在・未来の理解をカ バーする5つのタスクを用意 アノテーション総所要時間 25万時間超→FAIRリソースの恩恵 各タスクについてベースライン モデルとその結果を提供、チャ レンジ開催 49 過去
エピソード記憶 「私のXはどこ?」 現在 手&物体 「私は今どのように何をしている?」 音声-視覚話者分離 「誰がいつ何をしゃべったか?」 社会的インタラクション 「誰が誰に注意を向けている?」 将来予測 「私は次に何をする?」 未来 [Grauman+, CVPR’22] より引用・翻訳 -
Ego4Dの使用例:LAVILA [Zhao+, CVPR‘23] Ego4Dの字幕情報を使用して通常 のvideo-text modelを訓練したのち、 LLMを併用しながら字幕を補完、 再学習する REPHRASER:字幕を言い換え NARRATOR:短時間の映像を基に
キャプションを生成 複数のデータセットにおける映像 -テキスト検索タスクにおいて高 性能 52 -
基底アノテーション タスク非依存の教師情報として3種類 の異なる言語アノテーションを付与 1) Expert commentary そのタスクのエキスパート(コーチ、 先生、線専門家)が身体の動きとタ スクの成否の説明を提供 2)
Narrate-and-act descriptions 行為者自身による実況 なぜ(why)どのように(how)そ の行動を行ったかを説明 3) Atomic action descriptions 第三者による説明 1つ1つの単位行動について行為者が 何(what)をしたかを説明 58 ナレーションの例 -
その他のデータセット Assembly101 [Sener+, CVPR’22] おもちゃの模型の組立に関する多視点映像データセット タスク:詳細な組立作業の認識、手順間違いの検出など EgoExoLearn [Zhu+, ICCV’23] 一人称視点から撮影された多種多様な物体データセット
368カテゴリ、14.4K インスタンス、114Kフレーム RefEgo [Kurita+, ICCV’23] テキストによる主観視点動画からの物体追跡 EgoTaskQA [Jia+, NeurIPS’22] (i) 行動の依存関係 (ii) 人の意図と目標 (3) 他者の信念などの要素を含むQA EgoSchema [Mangalam+, NeurIPS‘24] 数分間の映像全ての情報を使用しないと答えられない多肢QA GPT-4oの検証でも採用 65 既存の資産を生かしつつより高度な行動・環境理解のためのベンチマークが多数登場 -
応用例:AR作業支援 69 State-Aware Configuration Detection [Stanescu+, ISMAR’23] HoloLensを用いた組立作業のARチュートリアル タスク:Tasks: Assembly
Action Detection, Mistake Detection, State Detection -
一人称ビジョンの課題 72 → 現状自動でぼかしをかけることで対応 プライバシー 動画の記録解像度が上がるため、 人の顔・スマホ操作・カード番号などの 個人情報が洩れる可能性 個人適応 個人の体験やニーズはそれぞれ異なるため
数日~数か月単位での モデルの個人化(カスタマイズ)が求められる →長時間使われるアプリが欠如、今後の課題 [Singh+, WACV’16] -
一人称視点映像解析の今後 視線 手操作 全身姿勢・運動 発話・注意 力覚・触覚 74 眼に直接見えるものを超えた人間中心のコンピュータビジョンへ 画像信号以外の高次の入力 事物の分類を超えた高次の出力
技能・熟練度 巧みな操作 他者への教示・支援 習慣 3次元デジタルツイン 物体の内部状態 (物理状態・構造) コミュニケーションの促進 -
振り返り 75 全世界の言語情報 全世界の視覚情報 RLHF 従来記録されなかった ・視覚知識 ・知識構造 ・言語知識との紐づけ が求められる
→有用な「視点」としての 一人称視点映像解析? 未開の大地 -
この分野へのみなさんの参加をお待ちしています まとめ 一人称視点映像解析:「私」の眼を通じて見た世界の理解 日常・産業の詳細に踏み込むための「視点」としての一人称視点 ユニークさ:視線/自己運動/手操作 タスク:行動・物体検索/発話・注意検出 データセット:EPIC-KITCHENS/Ego4D/Ego-Exo4D 応用先:アクセシビリティ、作業支援/教示、ロボティクス 課題:プライバシー、個人適応 インターネット上に存在しない、人の身体・記憶と結び
ついた知識や体験の集積が今後ますます重要になる? 76 CV最前線 Winter 2023 「イマドキノ一人称ビジョン」 よろしくお願いします -
参考文献 [Bush, ‘45] Bush, V. (1945). As we may think.
The atlantic monthly, 176(1), 101-108. [Ohnishi+, CVPR’16] Ohnishi, K., Kanehira, A., Kanezaki, A., & Harada, T. (2016). Recognizing activities of daily living with a wrist-mounted camera. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (pp. 3103-3111). [Held & Hein, ‘63] Held, R., & Hein, A. (1963). Movement-produced stimulation in the development of visually guided behavior. Journal of comparative and physiological psychology, 56(5), 872. [Jayaraman & Grauman, ICCV’15] Jayaraman, D., & Grauman, K. (2015). Learning image representations tied to ego-motion. In Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (pp. 1413-1421). [Huang+, ECCV’18] Y. Huang, M. Cai, Z. Li and Y. Sato, "Predicting Gaze in Egocentric Video by Learning Task-dependent Attention Transition," European Conference on Computer Vision (ECCV), 2018. [Zhou+, CVPR’17] Zhou, T., Brown, M., Snavely, N., & Lowe, D. G. (2017). Unsupervised learning of depth and ego-motion from video. In Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition (pp. 1851-1858). [Zimmermann+, ICCV’17] Zimmermann, C., & Brox, T. (2017). Learning to estimate 3d hand pose from single rgb images. In Proceedings of the IEEE international conference on computer vision (pp. 4903-4911). [Tsukada+, ICCVW’11] Tsukada, A., Shino, M., Devyver, M., & Kanade, T. (2011, November). Illumination-free gaze estimation method for first-person vision wearable device. In 2011 IEEE International Conference on Computer Vision Workshops (ICCV Workshops) (pp. 2084-2091). IEEE. [Yarbus, ‘67] Yarbus, A. L. Eye Movements and Vision. Plenum. New York. 1967 (Originally published in Russian 1962) [Huang+, ECCV’18] Huang, Y., Cai, M., Li, Z., & Sato, Y. (2018). Predicting gaze in egocentric video by learning task-dependent attention transition. In Proceedings of the European conference on computer vision (ECCV) (pp. 754-769). [Yang+, CVPR’20] Yang, Z., Huang, L., Chen, Y., Wei, Z., Ahn, S., Zelinsky, G., ... & Hoai, M. (2020). Predicting goal-directed human attention using inverse reinforcement learning. In Proceedings of the IEEE/CVF conference on computer vision and pattern recognition (pp. 193-202). [Nishiyasu+, CVPRW’24] Takumi Nishiyasu and Yoichi Sato. Gaze Scanpath Transformer: Predicting Visual Search Target by Spatiotemporal Semantic Modeling of Gaze Scanpath. 6th international workshop on gaze estimation and prediction in the wild in conjunction with CVPR2024. 2024. [Poleg+, ACCV’14] Poleg, Y., Arora, C., & Peleg, S. (2015). Head motion signatures from egocentric videos. In Computer Vision--ACCV 2014: 12th Asian Conference on Computer Vision, Singapore, Singapore, November 1-5, 2014, Revised Selected Papers, Part III 12 (pp. 315-329). Springer International Publishing. [Bandini+, PAMI’20] Bandini, A., & Zariffa, J. (2020). Analysis of the hands in egocentric vision: A survey. IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 45(6), 6846-6866. [Ohkawa+, CVPR’23] Ohkawa, T., He, K., Sener, F., Hodan, T., Tran, L., & Keskin, C. (2023). AssemblyHands: Towards egocentric activity understanding via 3d hand pose estimation. In Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (pp. 12999-13008). [Li+, CVPR’23] Li, J., Liu, K., & Wu, J. (2023). Ego-body pose estimation via ego-head pose estimation. In Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (pp. 17142-17151). 78 -
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