Personenwiedererkennung mittels maschineller Lernverfahren für öffentliche Einsatzumgebungen

Eisenbach, Markus GND

Die erscheinungsbasierte Personenwiedererkennung in öffentlichen Einsatzumgebungen ist eines der schwierigsten, noch ungelösten Probleme der Bildverarbeitung.
Viele Teilprobleme können nur gelöst werden, wenn Methoden des maschinellen Lernens mit Methoden der Bildverarbeitung kombiniert werden.

In dieser Arbeit werden maschinelle Lernverfahren eingesetzt, um alle Abarbeitungsschritte einer erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung zu verbessern:
Mithilfe von Convolutional Neural Networks werden erscheinungsbasierte Merkmale gelernt, die eine Wiedererkennung auf menschlichem Niveau ermöglichen.
Für die Generierung des Templates zur Beschreibung der Zielperson wird durch Einsatz maschineller Lernverfahren eine automatische Auswahl personenspezifischer, diskriminativer Merkmale getroffen.
Durch eine gelernte Metrik können beim Vergleich von Merkmalsvektoren szenariospezifische Umwelteinflüsse kompensiert werden.
Eine Fusion komplementärer Merkmale auf Score Level steigert die Wiedererkennungsleistung deutlich.
Dies wird vor allem durch eine gelernte Gewichtung der Merkmale erreicht.

Das entwickelte Verfahren wird exemplarisch anhand zweier Einsatzszenarien - Videoüberwachung und Robotik - evaluiert.
Bei der Videoüberwachung ermöglicht die Wiedererkennung von Personen ein kameraübergreifendes Tracking.
Dies hilft menschlichen Operateuren, den Aufenthaltsort einer gesuchten Person in kurzer Zeit zu ermitteln.
Durch einen mobilen Serviceroboter kann der aktuelle Nutzer anhand einer erscheinungsbasierten Wiedererkennung identifiziert werden.
Dies hilft dem Roboter bei der Erfüllung von Aufgaben, bei denen er den Nutzer lotsen oder verfolgen muss.

Die Qualität der erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung wird in dieser Arbeit anhand von zwölf Kriterien charakterisiert, die einen Vergleich mit biometrischen Verfahren ermöglichen.
Durch den Einsatz maschineller Lernverfahren wird bei der erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung in den betrachteten unüberwachten, öffentlichen Einsatzfeldern eine Erkennungsleistung erzielt, die sich mit biometrischen Verfahren messen kann.

 

Appearance-based person re-identification in public environments is one of the most challenging, still unsolved computer vision tasks.
Many sub-tasks can only be solved by combining machine learning with computer vision methods.

In this thesis, we use machine learning approaches in order to improve all processing steps of the appearance-based person re-identification:
We apply convolutional neural networks for learning appearance-based features capable of performing re-identification at human level.
For generating a template to describe the person of interest, we apply machine learning approaches that automatically select person-specific, discriminative features.
A learned metric helps to compensate for scenario-specific perturbations while matching features.
Fusing complementary features at score level improves the re-identification performance.
This is achieved by a learned feature weighting.

We deploy our approach in two applications, namely surveillance and robotics.
In the surveillance application, person re-identification enables multi-camera tracking.
This helps human operators to quickly determine the current location of the person of interest.
By applying appearance-based re-identification, a mobile service robot is able to keep track of users when following or guiding them.

In this thesis, we measure the quality of the appearance-based person re-identification by twelve criteria.
These criteria enable a comparison with biometric approaches.
Due to the application of machine learning techniques, in the considered unsupervised, public fields of application, the appearance-based person re-identification performs on par with biometric approaches.

 

Die erscheinungsbasierte Personenwiedererkennung in öffentlichen Einsatzumgebungen ist eines der schwierigsten, noch ungelösten Probleme der Bildverarbeitung. Viele Teilprobleme können nur gelöst werden, wenn Methoden des maschinellen Lernens mit Methoden der Bildverarbeitung kombiniert werden.
In dieser Arbeit werden maschinelle Lernverfahren eingesetzt, um alle Abarbeitungsschritte einer erscheinungsbasierten Personenwiedererkennung zu verbessern, sodass eine Wiedererkennung auf menschlichem Niveau ermöglicht wird.
Das entwickelte Verfahren wird anhand zweier Einsatzszenarien — Videoüberwachung und Robotik — evaluiert. Bei der Videoüberwachung ermöglicht die Wiedererkennung von Personen ein kameraübergreifendes Tracking um den Aufenthaltsort einer gesuchten Person in kurzer Zeit zu ermitteln. Durch einen mobilen Serviceroboter kann der aktuelle Nutzer anhand einer erscheinungsbasierten Wiedererkennung identifiziert werden. Dies hilft dem Roboter beim Lotse

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