A segmentação automática de vídeo em cenas é um problema atual e relevante dado sua aplicação em diversos serviços ligado à área de multimídia. Dentre as diferentes técnicas reportadas pela literatura, as multimodais são consideradas mais promissoras, dado a capacidade de extrair informações de diferentes mídias de maneira potencialmente complementar, possibilitando obter segmentações mais significativas. Ao usar informações de diferentes naturezas, tais técnicas enfrentam dificuldades para modelar e obter uma representação combinada das informações ou com elevado custo ao processar cada fonte de informação individualmente. Encontrar uma combinação adequada de informação que aumente a eficácia da segmentação a um custo computacional relativamente baixo torna-se um desafio. Paralelamente, abordagens baseadas em Aprendizagem Profunda mostraram-se eficazes em uma ampla gama de tarefas, incluindo classificação de imagens e vídeo. Técnicas baseadas em Aprendizagem Profunda, como as Redes Neurais Convolucionais (CNNs), têm alcançado resultados impressionantes em tarefas relacionadas por conseguirem extrair padrões significativos dos dados, incluindo multimodais. Contudo, CNNs não podem aprender adequadamente os relacionamentos entre dados que estão temporalmente distribuídos entre as tomadas de uma mesma cena. Isto pode tornar a rede incapaz de segmentar corretamente cenas cujas características mudam entre tomadas. Por outro lado, Redes Neurais Recorrentes (RNNs) têm sido empregadas com sucesso em processamento textual, pois foram projetadas para analisar sequências de dados de tamanho variável e podem melhor explorar as relações temporais entre as características de tomadas relacionadas, potencialmente aumentando a eficácia da segmentação em cenas. Há uma carência de métodos de segmentação multimodais que explorem Aprendizagem Profunda. Assim, este trabalho de doutorado propõe um método automático de segmentação de vídeo em cenas que modela o problema de segmentação como um problema de classificação. O método conta com um modelo que combina o potencial de extração de padrões das CNNs com o processamento de sequencias das RNNs. O modelo proposto elimina a dificuldade de modelar representações multimodais das diferentes informações de entrada além de permitir instanciar diferentes abordagens para fusão multimodal (antecipada ou tardia). Tal método foi avaliado na tarefa de segmentação em cenas utilizando uma base de vídeos pública, comparando os resultados obtidos com os resultados de técnicas em estado-da-arte usando diferentes abordagens. Os resultados mostram um avanço significativo na eficácia obtida. / Automatic video scene segmentation is a current and relevant problem given its application in various services related to multimedia. Among the different techniques reported in the literature, the multimodal ones are considered more promising, given the ability to extract information from different media in a potentially complementary way, allowing for more significant segmentations. By processing information of different natures, such techniques faces difficulties on modeling and obtaining a combined representation of information and cost problems when processing each source of information individually. Finding a suitable combination of information that increases the effectiveness of segmentation at a relatively low computational cost becomes a challenge. At the same time, approaches based on Deep Learning have proven effective on a wide range of tasks, including classification of images and video. Techniques based on Deep Learning, such as Convolutional Neural Networks (CNNs), have achieved impressive results in related tasks by being able to extract significant patterns from data, including multimodal data. However, CNNs can not properly learn the relationships between data temporarily distributed among the shots of the same scene. This can lead the network to become unable to properly segment scenes whose characteristics change among shots. On the other hand, Recurrent Neural Networks (RNNs) have been successfully employed in textual processing since they are designed to analyze variable-length data sequences and can be developed to better explore the temporal relationships between low-level characteristics of related shots, potentially increasing the effectiveness of scene segmentation. There is a lack of multimodal segmentation methods exploring Deep Learning. Thus, this thesis proposes an automatic method for video scene segmentation that models the problem of segmentation as a classification problem. The method relies on a model developed to combine the potential for extracting patterns from CNNs with the potential for sequence processing of the RNNs. The proposed model, different from related works, eliminates the difficulty of modeling multimodal representations of the different input information, besides allowing to instantiate different approaches for multimodal (early or late) fusion. This method was evaluated in the scene segmentation task using a public video database, comparing the results obtained with the results of state-of-the-art techniques using different approaches. The results show a significant advance in the efficiency obtained.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-28082019-110926 |
| Date | 27 June 2019 |
| Creators | Trojahn, Tiago Henrique |
| Contributors | Goularte, Rudinei |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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